基于LabVIEW與PCI-1712L的變壓器測試系

　　0引 言

　　當前國內對電力變壓器的性能測試基本上仍處于手工測量的階段，每項性能指標都由專(zhuān)用的儀器進(jìn)行測量，很多測試項目仍采用一些指針式儀表，存在讀數誤差大、費工、耗時(shí)，功能簡(jiǎn)單等問(wèn)題，測量的重復性、可信度較差。虛擬儀器的出現有效的解決了這一問(wèn)題，所謂虛擬儀器就是利用現有的計算機，加上特殊設計的儀器硬件和專(zhuān)用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器。在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統的關(guān)鍵。軟件對硬件采集的數字信號進(jìn)行加工、分析，得到各種所需要的信息。 本文采用研華公司的PCI-1712L高速數據采集卡及其為LabVIEW定制的Advantech DAC工具包，結合LabVIEW成功地開(kāi)發(fā)出一套變壓器測試系統。

　　1變壓器測試系統

　　1.1系統原理及功能

　　用于變壓器空載/帶載的輸入/輸出電壓、電流的測試，可以完成變壓器常規實(shí)驗系統，可以實(shí)現自調壓、數據測量、分析、實(shí)時(shí)顯示、保存及打印功能。電流、電壓信號經(jīng)過(guò)互感器后轉換為標準信號，通過(guò)數據采集卡采集后，系統判斷其區間范圍，通過(guò)串口與CPLD進(jìn)行通信來(lái)選擇具有合適量程的電流和電壓互感器，從而提高系統的測量精度。

　　1.2系統結構 測試系統的結構框圖如圖1所示。

　　2測試系統的硬件設計

　　電壓互感器：采用VSM型系列霍爾電壓傳感器，能在電隔離條件下測量交流，脈沖以及各種不規則波形的電壓。

　　電流互感器：采用6個(gè)不同量程的CSM系列霍爾電壓傳感器，CSM025B、CSM050B、CSM100B、CSM200B、CSM300B。

　　數據采集卡：PCI-1712L是研華公司的一款功能強大的高速多功能PCI總線(xiàn)數據采集卡。它有1M轉換速度的12位A/D轉換器，卡上帶有FIFO緩沖器(可存儲lK A/D采樣值和32K D/A轉換數據)。PCI-1712L提供16路單端或8路差分的模擬量輸入(也可單端差分混合使用)，2路12位D/A模擬量輸出通道，16路數字量輸出通道，以及3個(gè)10 MHz時(shí)鐘的16位多功能計數器通道。采集方式包括輸入預觸發(fā)、過(guò)觸發(fā)、延時(shí)觸發(fā)等數據采集方式，模擬輸入通道通道可以進(jìn)行獨立編程增益控制，端子板選用研華公司配套的ADAM-3968。

　　CPLD：采用altera公司的MAXII系列的EPM1270CPLD，包含1270個(gè)LE相當于40K門(mén)數，980個(gè)等效宏單元，8K用戶(hù)可用Flash比特數。

　　3測試系統的軟件設計

　　3.1軟件功能

　　自調壓測試系統軟件結構圖如圖2所示。

　　3.2數據采集

　　研華公司不僅為LabVIEW編程開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的VI工具包，并且提供了豐富的實(shí)例程序，利用其Advantech DAC工具包，可以快速高效地開(kāi)發(fā)出數據采集模塊。

　　設置參數如下：觸發(fā)源，觸發(fā)模式，時(shí)鐘源，觸發(fā)邊緣，信號源類(lèi)型，采樣通道，采樣開(kāi)始通道，采樣個(gè)數，采樣頻率，通道增益;以上可以根據實(shí)際測試的硬件配置和需求進(jìn)行設置。

　　3.3數據測量及頻譜分析

　　LabVIEW擁有強大數組分析和數據處理功能，測量參數值包括交流有效值，直流分量，有效值，占空比，上升時(shí)間，下降時(shí)間，過(guò)沖，峰峰值，最大值，最小值。運用LabVIEW提供的信號處理工具包，可以快速對采集的波形數據進(jìn)行FFT功率譜密度分析。

　　3.4數據判斷

　　對采集到的電流、電壓值大小進(jìn)行區間判斷，并發(fā)出控制信號給CPLD，選擇相應的電流電壓互感器，提高系統的測量精度。為進(jìn)一步提高準確性，在判斷前，利用防脈沖干擾平均值濾波的原理對采集到的電流、電壓數據進(jìn)行濾波。用一個(gè)for循環(huán)將某一通道采集的數據變成一為數組，數組的長(cháng)度可以自己定義，假設系統中定義為N，即將通道采集的N個(gè)數據進(jìn)行判斷，去掉最大值和最小值，將剩下N-2個(gè)數據進(jìn)行算術(shù)平均，即得到一次有效的采樣值。運用LabVIEW數組工具包中的Array Max Min，Delete From Array以及mean.vi即可完成對采集數據的軟件濾波。

　　由于電流、電壓判斷的區間較多，用LabVIEW實(shí)現起來(lái)略顯繁瑣，因此本文采用C語(yǔ)言與Lab-VIEW相互結合的方法實(shí)現。先在Visual C++中編寫(xiě)判斷程序并生成dll文件，然后通過(guò)Lab-VIEW中的代碼接口點(diǎn)(Code Interface Node)調用，即可實(shí)現該功能，事實(shí)證明，這是一種高效、易行的方法。C語(yǔ)言部分程序代碼原理如下：

　　中Singal為CIN接口的輸人參數，及采集、濾波后的電流信號，pattern為CIN接口的輸出參數，及控制信號，通過(guò)串口直接寫(xiě)入到CPLD，從而選擇相應的電流或電壓互感器。

　　3.5串口通信

　　LabVIEW不僅在儀器I/O中，專(zhuān)門(mén)提供了串口通信的Ⅵ，而且提供了串口范例以加快開(kāi)發(fā)速度。首先通過(guò)VISA Configure Serial Port.vi進(jìn)行相應的串口配置，通過(guò)VISA write.vi將控制信號寫(xiě)入串口與CPLD通信，最后用VISA dose.vi關(guān)閉串口。

　　3.6顯示、打印及保存

　　LabVIEW最吸引人的特性是對數據的圖形化顯示有豐富的支持，強大的圖形顯示功能增強了用戶(hù)界面的表達能力，通過(guò)這些豐富的圖標控件，工程師們無(wú)需再為復雜的界面編程花費大量精力。Graph控件對已經(jīng)采集到數據進(jìn)行數據處理，根據實(shí)際要求將這些數據組織成所需的圖形。測試系統軟件的前面板的波形顯示采用Graph控件，如圖3所示。通過(guò)設置前面板菜單文件-VI屬性一類(lèi)別打印選項即可將打印出前面板中的波形。

　　LabVIEW提供的強大的文件I/O函數是一組功能較強的文件處理工具，可以滿(mǎn)足不同的文件按操作要求。為了滿(mǎn)足不同數據的存儲格式和性能要求，LabVIEW提供了多種文件類(lèi)型。用戶(hù)可以采用文本文件(text files)、表單文件(spreadsheet)、二進(jìn)制文件(binary files)、數據記錄文件(data-log files)、波形文件、LabVIEW測試文件等格式將所采集到的數據進(jìn)行存儲，用戶(hù)可以使用電子表格或文本編輯器打開(kāi)查看。本測試系統采用的是表單文件，可以用Microsoft Excel打開(kāi)。

　　4結 論

　　該測試系統應用LabVIEW在測試儀器開(kāi)發(fā)突出的特性，配合第三方板卡，使得LabVIEW的應用更加寬廣，更加靈活，驗證了軟件即儀器這一虛擬儀器的宗旨。該測試系統原型機已經(jīng)投入到實(shí)際生產(chǎn)測試中，效果良好。