#labview电能表测试.docx
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#labview电能表测试.docx
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#labview电能表测试
TheChallenge:
将多种类型的模拟电压、电流信号的数据采集与RS232通讯、RS485通讯、38k调制红外通讯,以及多种复杂信号的切换等功能高度集成,并用软件实现对以上信号的分析和处理。
其中,在使用过程中通过网络服务器编辑不同的测试方案,完成各类型电能表产品的测试,最终将采集的各项数据保存到服务器,从而实现了工厂FIS系统 FactoryInformationSystem,即制造现场管理信息系统)的数据分析统计,大幅度提升了测试效率,实现测试过程的自动化和通用化、有据可查。 TheSolution: 采用NI公司的PCI数据采集模块,实现信号的产生、采集、切换和控制。 使用NI公司的图形化编程软件LabVIEW进行测试过程的控制、数据的分析处理和用户操作界面的编程,配合USB转5路可编程串口进行RS232通讯、RS485通讯和38kHz调制红外通讯,从而实现了气动控制压具通讯的并行测试,最红完成了灵活、高效的自动化测试系统。 注: PCI板卡具有低成本、高性价比的优势,节约投入资金。 "利用NI公司的虚拟仪器软硬件平台,在短时间内开发出了功能强大、高效、通用的自动化测试系统平台。 给生产线产品的自动化测试带来了飞速提升。 NI公司的虚拟仪器必将会更广泛的应用到各行各业。 " 介绍: 旧的测试方法是采用万用表配合目测的方法测量电能表的电压、电流,而电能表的通讯测试则需要以逐一的方式进行,此种方法存在测试效率低、可靠性差、数据真实性差、生产周期长等问题,因此急需设计一种新的测试系统来进行改善。 新的测试系统充分利用了NI公司的虚拟仪器平台,选择适当的硬件模块对各种输入、输出信号进行采集,利用LabVIEW图形化的开发环境,通过编程实现对测试过程和步骤进行自动化控制,对测量数据进行分析和自动判断,显著地提高了测试效率和可靠性,为工厂FIS系统的数据采集奠定了基础。 1.电子式电能表的测试需求和测试工作原理 某型号的电能表工作原理如下图1,电能表工作时,电压、电流信号经取样电路分别取样后,送入专用电能芯片进行处理,并转化为数字信号后由CPU进行计算,从而达到计量的目的。 其中,计量过程中CPU通过RS485、红外接口与其他设备进行通讯与数据传输。 图1电能表工作原理 根据电能表的工作原理,对测试系统的基本要求如下: 1) 提供多路直流稳压电源,进行多路交流信号的采集,为电能表提供工作电源、采样信号,并模拟电表运行; 2) 通过红外、RS485通讯适配器对电能表通讯功能进行检测; 3) 可采集电能表所有的工作电压; 4) 可自动控制切换输入的测试信号; 5) 完成以下停电测试内容: Ø 按键唤醒测试; Ø 红外唤醒测试; Ø 全失压电路检测; Ø 停电电池功耗测试<未上电、未唤醒前测试,要求唤醒与未唤醒时的功耗相差不差过200μA); Ø 电路各测试点的电压值测试。 6) 实现全部上电测试内容: Ø 计量功能是否正常测试<第一次上电无需任何设置,不需要初始化A/D芯片参数,能够计量电能的模块); Ø 红外、RS485通讯功能测试; Ø 电路各测试点的电压值检测; Ø E2PROM、RTC是否正常工作检查。 7) 电能表参数设置<功能可选,编程开关信号设计测试点); 8) 上电测试结果自动判断比较,输出比较结果,最后将结果保存在服务器上,可追溯电能表各个模块测试的历史数据; 9) 系统采用灵活的测试方案设计,通过编程测试方案实现对不同产品任意功能测试。 2.方案设计 1> 根据原有测试系统的情况,希望新的测试方案能达到以下效果: Ø 安全性: 集成度高、自动化程度高,尽量减少人工干预; Ø 通用性: 可适应不同型号的产品,减少重复开发工作; Ø 高效率: 单板测试时间尽可能的短,以适应生产节拍要求; Ø 可靠性: 对关键参数进行数据测试分析,提高直通率。 2> 软件网络运行模拟简图如图2所示。 图2软件网络运行模拟简图 通过测试要求分析,NI公司的虚拟仪器技术十分符合方案的要求,并且能够很好的达到方案预期的效果。 可使项目快速量化。 NI公司有着丰富的虚拟仪器测试、测量产品线,可以给我们提供很大的选择空间,LabVIEW是一个易学易用的开发平台,可以快速的制作出复杂、并行、有效,并且易于操作的测试系统。 因此方案最终选择NI公司的虚拟仪器软硬件平台开发新的测试系统。 3> 总体方案设计如图3所示。 图3总体方案框图 ◆通讯适配器模块: 具有四个独立的通道,可同时对两路RS485、红外、RS232(PLC通讯>进行通讯测试,四个通信口的个数和顺序可以设定组合,通信协议可任意扩展,实现计算机与被测对象的读/写通信测试。 ◆被测计量信号加载模块: Ø提供三路交流电压信号源<0.7VAC,受控输出),三路交流电流信号源<20mA,受控输出); Ø在夹具上安装合适的采样电阻后,直接为接入式<分流器)表计输入20mA的电流信号,从而产生电流采样的mv信号; ◆控制切换模块: 利用板卡的工业数字I/O输出相应的信号,控制外部切换模块切换为被测板的状态,达到测试所需的要求; ◆系统电源配置模块: 提供电表所需的电源<57V、100V、220V、380V,容量40VA供测试时选用); ◆模拟信号采集测试: Ø目前工装只提供±10V电压信号测试,超过±10V的信号必须采用电阻分压降到10V以下,最后将采集的数据乘以一定的比例系数<可参考图6、图7、图8的设计); Ø电池功耗测试。 采用差分测电压的方式采集,电流在20mA~200mA时采用10Ω电阻,电流在20mA~200μA时采用100Ω电阻,电流在200μA以下时采用1KΩ电阻采样,其方式通过在电池测试点位置串接采样电阻,在电阻两端输入采样信号<可参考图8设计)。 <注: 电阻需选择误差小、温度变化影响小的精密电阻) 因为希望能够对多种型号产品线路板进行测试,我们设计了一种通用的测试针床底座,通过插座将底座和针床的信号连接起来,当测试其它型号的产品线路板板时,只需要更换相应的针床和调用相应的测试方案。 3.关键模块的实现及代码 1)功能测试: 充分利用板卡提供的工业数字I/O控制模块的切换,并采集电能表的输出量,如: 电平信号、脉冲信号等。 Ø 硬件设计原理 工装提供了10路输入、4路输出信号,可采集信号的类型为电平、脉冲信号。 输出信号可用作开始编程、按键等需要操作的动作。 电能表测试的输出信号如果是有源信号,则直接进行采集,如果为无源信号,则参考下图设计进行选择: a.共阳极输出设计或独立输出设计方式 b.共阴极输出设计或独立输出设计方式 Ø 软件实现 图4功能测试 2)模拟信号测试: Ø 硬件设计原理 单端方式采集设计 图5采集大于10V的直流信号 图6采集小于10V的直流信号 差分方式采集设计 图7采集差分直流信号 Ø 软件实现 图8模拟信号测试 3)通讯功能测试: 图9通讯功能测试 4)方案编辑界面: 图10方案编辑界面 5)测试系统主程序流程图: 图11主程序运行框图 6)测试系统照片 4.软件和用户操作界面 测试软件以LabVIEW8.5平台为主,辅以其他工具配套开发。 软件通过NI公司板卡读取被测产品的电平、脉冲、模拟电压、电流等信号,判断被测产品的硬件技术参数是否合乎要求,同时按照需要控制测试的设备的上电或下电;通过RS232串口与被测产品进行通讯,测试红外、485、载波等通讯模式下的电路是否畅通;同时通过RS232端口对气动夹具进行上行和下压的控制。 测试内容有三大类,功能测试——电平、脉冲、模拟信号测试,上电、下电控制;模拟信号测试——电压、电流、功耗测试;通讯测试——红外、485、载波模式下的读写和唤醒。 不同类别之间同时测试,同一类别的不同项目逐项测试。 软件操作完全按照事先设定的测试方案来运行,根据操作者输入的条码,自动判别被测产品的型号、规格及批次,调用相应的测试方案,测试完毕后根据综合测试结果自动判别合格与否,并在界面显示醒目的绿色或红色提示图案,同时设备发出相应的声音,操作者根据这些判断提示对产品进行合格品和不合格品的分类。 测试完成后,测试结果自动保存到服务器的SQLsever数据库中,还可以根据需要,人工补送到服务器,操作在本机可以对测试历史结果进行查询和统计。 测试软件提供了友好的人机界面,如图13所示,被测板放入测试工装后,操作员只要按回车键<可设置自己喜欢的按键),气动夹具就会自动下压,压紧后软件按照方案自动开始测试,测试完成后,操作员再按回车键气动夹具可自动上抬或选择测试完成后自动上抬,然后取出被测板。 如果操作员觉得有必要再测一次,无需按回车键,只要用鼠标点击测试按钮,软件重新自动测试。 软件还可对多个产品不同状态同时测试。 图13软件主界面 5.测实验证 测试系统设计完成后,对系统的可靠性、故障检出比、安全性进行了反复的测实验证,通过现场生产线人员的实际操作,对不同产品进行更换测试,对单板平均测试时间进行了测量,与旧的测试系统相比,测试时间缩短三分之二以上,并且做到了数据有据可查,提高了产品的整体合格率,实验证明基于NI公司虚拟仪器平台的测试系统,在提高测试效率、缩短生产周期、安全通用性方面都已达到了系统的设计要求。 结论: 利用NI公司的虚拟仪器软硬件平台,在短时间内开发出了功能强大、高效、通用的自动化测试系统平台。 给生产线产品的自动化测试带来了飞速提升。 NI公司的虚拟仪器必将会更广泛的应用到各行各业。
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