基于網(wǎng)絡(luò )的絕緣導通電阻自動(dòng)測試系統

　　宋仔標，崔洪亮，高倩，劉寧

　?。ɑ鸺娛抗賹W(xué)校，山東 青州，262500）

　　摘要：在導彈測試之前，需要對使用的電纜進(jìn)行絕緣導通測試，目前人工手動(dòng)操作耗時(shí)長(cháng)，各型號的自動(dòng)測試設備結構復雜，且不具備通用性?；诖?，設計了基于網(wǎng)絡(luò )的絕緣導通電阻自動(dòng)測試系統。該系統由上位機、下位機和繼電器陣列組成，各設備之間均通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信控制，在VC#平臺下完成了軟件系統的開(kāi)發(fā)。實(shí)驗表明，該套系統具有結構簡(jiǎn)單，控制方便，結果準確，兼容性強，易于擴容等優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：絕緣電阻測試；導通電阻測試；網(wǎng)絡(luò )通信；自動(dòng)測試系統

　　基金項目：軍內科研預研基金資助項目（編號不公開(kāi)）

　　0 引言

　　在導彈測試之前，需要對使用的電纜進(jìn)行絕緣導通測試 ^[1] ，目前人工手動(dòng)操作耗時(shí)長(cháng)，各型號的自動(dòng)測試設備結構復雜，通常需要各種總線(xiàn)的DO模塊對繼電器進(jìn)行控制，如PCI，CPCI ^[2] ，PXI ^[3] 總線(xiàn)等?；诖?，設計了一套基于網(wǎng)絡(luò )的絕緣導通電阻自動(dòng)測試系統。該系統由上位機、下位機和繼電器陣列組成，各設備之間均通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，可直接通過(guò)上位機對繼電器控制。

　　上位機發(fā)送控制指令控制絕緣導通測試電路的切換及繼電器的通斷，并對采集的信號進(jìn)行處理、顯示、保存及打??；下位機采集狀態(tài)開(kāi)關(guān)量和電壓信號并送給上位機處理；繼電器陣列通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接收控制指令，根據控制指令完成相應的繼電器的吸合或斷開(kāi)，將不同的測試點(diǎn)接入測試電路。在VC#平臺下開(kāi)發(fā)了軟件系統，整套系統在該軟件控制下運行。實(shí)驗表明，該套系統具有結構簡(jiǎn)單，控制方便，結果準確，兼容性強，易于擴容等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 絕緣導通電阻自動(dòng)測試電路設計

　　1.1 自動(dòng)測試電路設計

　　在絕緣導通電阻自動(dòng)測試時(shí)，需要自動(dòng)將電纜插頭的某兩個(gè)點(diǎn)接入測試回路。根據需要，設計了絕緣導通電阻自動(dòng)測試電路，電路原理如圖1所示。

　　自動(dòng)測試電路由繼電器陣列A和繼電器陣列B，絕緣電阻測試電路和導通電阻測試電路組成，絕緣測試電路和導通測試電路的切換通過(guò)繼電器JK1完成。如需測量電纜3點(diǎn)和29點(diǎn)之間的電阻值，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )控制繼電器陣列A的繼電器JKA3及繼電器陣列B的繼電器JKB29吸合，此時(shí)測試電路形成通路。

　　1.2 絕緣導通電阻測試電路 ^[4]

　　采用分壓法對接入的電阻進(jìn)行測試，通過(guò)下位機ARM控制器PA5引腳采集回路上的電壓值，通過(guò)采集到的電壓值可計算得到接入的電阻值。絕緣導通電阻測試電路如圖2所示。

　　由于使用的ARM控制器能采集到電壓模擬量最大值為3.3 V，同時(shí)保證在絕緣電阻測試測量大于20 MΩ的阻值時(shí)具有足夠的分辨率。根據需求計算，分壓電阻的大小分別為R1=2.8 MΩ，R2=0.2 MΩ，R3=100 Ω，R4=200 Ω。

　　2 系統硬件設計

　　基于網(wǎng)絡(luò )的絕緣導通電阻自動(dòng)測試系統由工控機，ARM板，物聯(lián)網(wǎng)I/O繼電器陣列，網(wǎng)絡(luò )交換機及電纜轉接箱組成，系統整體設計如圖3所示。

　　該自動(dòng)測試系統需要實(shí)現的功能如下：

　?。?）能自動(dòng)判斷當前插入的電纜數量。當沒(méi)有插入電纜或插入電纜的個(gè)數多于1個(gè)時(shí)，上位機程序發(fā)出警示信息，只有當插入電纜的個(gè)數為1，才允許測試；

　?。?）能自動(dòng)判斷出當插入電纜的節點(diǎn)個(gè)數；

　?。?）在上位機上根據“導通測試”和“絕緣測試”選項自動(dòng)接通導通測試回路或絕緣測試回路；

　?。?）具備“循環(huán)測試”和“點(diǎn)對點(diǎn)測試”功能。當進(jìn)行循環(huán)測試時(shí)，依次測出各節點(diǎn)之間的電阻值，并判斷測試結果；當進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)測試時(shí)，根據輸入的兩個(gè)節點(diǎn)，自動(dòng)測出輸入節點(diǎn)之間的電阻值并判斷測試結果。

　　根據以上功能要求，系統各設備的功能如下：

　　2.1 工控機

　　工控機為研華工控機610L，安裝有上位機測試程序，測試程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接收ARM板的開(kāi)關(guān)量和模擬量信號，并根據測試任務(wù)發(fā)出繼電器陣列的控制信號，控制繼電器的接通和關(guān)閉。

　　2.2 電纜轉接箱

　　電纜轉接箱用于待測試電纜接入。按照需求，設計了32種不同類(lèi)型的插座，可對32種接口的電纜進(jìn)行絕緣導通電阻測試，在每個(gè)插座旁邊安裝有1個(gè)按鍵，當插入某個(gè)電纜后，需要操作人員手動(dòng)按下對應的按鍵，該按鍵可產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量，通過(guò)ARM板采集后送給上位機，在上位機上可對插入的電纜數量，類(lèi)型和電纜節點(diǎn)數量進(jìn)行判斷。電纜轉接箱外形如圖4所示。

　　2.3 ARM控制器

　　ARM控制器使用正點(diǎn)原子公司的STM32F407系列開(kāi)發(fā)板 ^[5,6] ，板載有一個(gè)以太網(wǎng)（RJ45）接口。ARM控制器完成的功能為：

　?。?）采集外部電纜接頭插入的狀態(tài)。當電纜接頭插入時(shí)，通過(guò)ARM板GPIO端口發(fā)出“0”，否則發(fā)出“1”。根據設計需要，選用ARM共32個(gè)GPIO端口采集開(kāi)關(guān)量，GPIO端口工作方式為上拉電阻輸入，共可對32種不同型號的電纜接插件進(jìn)行絕緣導通電阻測試。

　?。?）采集測試回路的電壓值，該電壓模擬量通過(guò)端口PA5采集，每次采集時(shí)，共采集5次，取其平均值以保證精度。

　?。?）將采集到的開(kāi)關(guān)量和電壓模擬量以預定的數據幀格式通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口發(fā)送到上位機。

　　2.4 物聯(lián)I/O繼電器控制板

　　物聯(lián)網(wǎng)I/O繼電器板使用深圳智嵌物聯(lián)有限公司生產(chǎn)的繼電器控制板，型號為ZQWL-IO-1BNRC32-I。該控制板為 32 路繼電器輸出的工業(yè)級 IO 控制板。具有1路以太網(wǎng)口和1路 RS485 通訊接口，可以通過(guò) ModbusTCP/RTU 或自定義協(xié)議實(shí)現對該控制板的控制。

　　在本系統中，為滿(mǎn)足電纜接點(diǎn)的測試需求，共使用了8塊繼電器板，組成兩個(gè)繼電器陣列，每個(gè)繼電器陣列可接入128個(gè)接點(diǎn)，因此最多能滿(mǎn)足128芯的接插件電纜的絕緣導通電阻測試。如果需要對系統進(jìn)行擴容以滿(mǎn)足更多芯的電纜測試需求，只需相應增加繼電器控制板的數量。

　　3 系統軟件設計

　　根據系統功能需要，在上位機上設計了絕緣導通電阻自動(dòng)測試程序，程序在VC#平臺下開(kāi)發(fā)，程序界面如圖5所示。

　　操作人員在電纜轉接箱上將需要檢測的電纜插入對應的插座后，按下對應的按鍵，在程序界面按下“新建測試”按鍵，激活輸入信息區，在輸入相關(guān)的信息后，激活測試項目選擇區，同時(shí)關(guān)閉輸入信息區。

　　在測試項目選擇區選擇“導通檢查”或“絕緣檢查”，根據選擇，發(fā)出控制指令，切換導通測試電路和絕緣檢查電路，同時(shí)激活測試方式選擇區。

　　根據需要選擇“循環(huán)測試”或“點(diǎn)對點(diǎn)測試”，激活對應的測試結果顯示區和功能按鍵。

　　如激活循環(huán)測試，點(diǎn)擊“開(kāi)始循環(huán)測試”按鍵，此時(shí)按照插入電纜的接點(diǎn)個(gè)數，依次測出所有接點(diǎn)之間阻值，并在結果顯示區顯示測試結果。如激活點(diǎn)對點(diǎn)測試，則需在文本框內輸入要測量的兩個(gè)接點(diǎn)的編號，點(diǎn)擊“開(kāi)始點(diǎn)對點(diǎn)測試”，此時(shí)自動(dòng)測量出兩個(gè)接點(diǎn)之間的阻值，并在結果顯示區顯示測試結果。

　　如果沒(méi)有插入電纜或插入電纜個(gè)數多于1個(gè)，系統給出錯誤提示；在點(diǎn)對點(diǎn)測試時(shí)，如果沒(méi)有輸入接點(diǎn)編號，輸入的兩個(gè)編號相同，或者輸入的編號超過(guò)插入的電纜接點(diǎn)的總數，系統給出相應的錯誤提示。

　　當某根電纜測試完畢后，可點(diǎn)擊“保存結果”按鍵將本次測試結果保存在本地磁盤(pán)，或點(diǎn)擊“打印結果”按鍵將測試結果通過(guò)打印機打印。

　　如需更換測試電纜，必須點(diǎn)擊“新建測試”激活下次測試。

　　4 結論

　　本測試系統能夠完成不同類(lèi)型電纜的絕緣導通電阻自動(dòng)測試任務(wù)，縮短測試時(shí)間。在硬件設計上使用網(wǎng)絡(luò )對繼電器進(jìn)行控制，與傳統DO板卡的控制相比，簡(jiǎn)化了硬件系統的設計，節約了經(jīng)費，并且在系統擴容上更加方便。在軟件設計上，充分考慮了測試流程和要求及各種可能出現的錯誤，降低對操作人員要求。實(shí)驗表明，該套系統具有結構簡(jiǎn)單，控制可靠，結果準確，兼容性強，易于擴容等優(yōu)點(diǎn)。

　　參考文獻

　　[1] 劉海光，李偉，張永．多路絕緣、導通檢測儀的研制[J]．水雷戰與艦船防護，2011，19（4）：56~59.

　　[2] 王玉龍．基于CPCI 總線(xiàn)的電纜網(wǎng)自動(dòng)測試系統的設計與研究[D]．北華航天工業(yè)學(xué)院，2018.

　　[3] 李麗雙．基于PXI總線(xiàn)平臺的繼電器控制盒綜合測試系統設計[D]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

　　[4] 齊利芳，劉虎，賀占莊．智能化絕緣/導通電阻測試系統的研制[J]．微機發(fā)展 2005，15（11）：82~84.

　　[5] 張洋，劉軍，嚴漢宇. 等．精通STM32F4庫函數版[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2015.

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第35頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處