作者 張毅 （北京中科泛華測(cè)控技術(shù)有限公司 產(chǎn)品銷售部，北京 100083）
摘要：變壓器出荷檢測(cè)即對(duì)成型的變壓器的絕緣阻抗、耐壓值、空載特性等部分進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試。其測(cè)試挑戰(zhàn)為待測(cè)項(xiàng)目多且測(cè)試設(shè)備與待測(cè)件連接復(fù)雜。這很大程度上影響了測(cè)試穩(wěn)定性與測(cè)試效率。本文從系統(tǒng)組成、軟硬件結(jié)構(gòu)以及測(cè)試流程等方面介紹了一種基于柔性測(cè)試技術(shù)的變壓器出荷檢測(cè)解決方案。該系統(tǒng)具備性能可靠、測(cè)量精確、連接方便、測(cè)試效率高等特點(diǎn)，能很好滿足多種三相變壓器的最終檢測(cè)需要。
關(guān)鍵詞：柔性測(cè)試技術(shù)；變壓器；測(cè)試系統(tǒng)
系統(tǒng)簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)是以柔性測(cè)試技術(shù)為核心，結(jié)合虛擬儀器和機(jī)電一體化等技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)的。軟件采用圖形化開發(fā)語(yǔ)言LabVIEW，硬件部分使用基于PXI總線的模塊化設(shè)備，高效的軟件與靈活的模塊化硬件有機(jī)結(jié)合完成了對(duì)三相變壓器各指定輸出端的測(cè)試、結(jié)果的判斷、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)報(bào)表的生成等工作。
系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)初始化部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)前面版刷新工作，包括前面板所有輸入控件和顯示控件。
測(cè)試分為三個(gè)部分，絕緣阻抗測(cè)試、耐壓測(cè)試及空載特性測(cè)試。其中空載特性測(cè)試又分為空載電流測(cè)試和空載電壓測(cè)試。待測(cè)信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流和電阻量，測(cè)試使用NI DMM（數(shù)字萬(wàn)用表）模塊與NI Switch（開關(guān)模塊）協(xié)調(diào)動(dòng)作，具體內(nèi)容及操作技巧見硬件結(jié)構(gòu)部分。
本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)靈活的報(bào)表生成，由LabVIEW提供的與OFFICE軟件的接口函數(shù)，我們可以方便的通過(guò)編程確定報(bào)表的表現(xiàn)形式，如：Execl、Word等。在本系統(tǒng)中，由于用戶對(duì)報(bào)表格式有特殊的要求，對(duì)于這種情況，我們按照客戶需求生成特定的模板文件，并在編程時(shí)與其模板進(jìn)行相應(yīng)關(guān)聯(lián)即可。
圖1 系統(tǒng)工作流程圖
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)硬件的核心是能供充分體現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)適用性和靈活性的PXI平臺(tái)。PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展) 是一種堅(jiān)固的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺(tái)。這些系統(tǒng)可用于諸如制造測(cè)試、軍事和航空、機(jī)器監(jiān)控、汽車生產(chǎn)及工業(yè)測(cè)試等各種領(lǐng)域中。
系統(tǒng)中用到的設(shè)備除了PXI機(jī)箱外還包括PXI控制器、Switch（開關(guān)模塊）、DMM（數(shù)字萬(wàn)用表模塊）等。PXI控制器作為硬件控制的核心部分，在控制PXI系統(tǒng)中各PXI模塊的同時(shí)，還可以方便的通過(guò)顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤等常用接口與相關(guān)外設(shè)進(jìn)行連接。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量中，無(wú)論是在十余個(gè)測(cè)試點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)高精度、低速測(cè)量，還是要體現(xiàn)集成電路高通道數(shù)、高頻率的特性，靈活的NI Switch（開關(guān)模塊）方案都是理想的方案，它可以提高設(shè)備重復(fù)利用率，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展的最大化。
NI數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）在保持精確性和穩(wěn)定測(cè)量的同時(shí)，處理速率也很出眾。但由于DMM有非常高的精度和分辨率規(guī)格，所以它們的通道數(shù)很少。針對(duì)多通道、高效的測(cè)試測(cè)量，單獨(dú)使用DMM進(jìn)行測(cè)量的方案有一定的局限性。為此，我們提供了另一種解決方案。通過(guò)將這些數(shù)字萬(wàn)用表與單個(gè)或多個(gè)Switch（開關(guān)模塊）集成使用，可以搭建具有高通道數(shù)、高效的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)。本測(cè)試系統(tǒng)便是一個(gè)很好的例證。
當(dāng)我們配置DMM與Switch一同工作的時(shí)候，有兩路信號(hào)必須進(jìn)行連接模擬信號(hào)的連接：
1. 將待測(cè)信號(hào)從Switch連接到DMM。
2. 數(shù)字信號(hào)的連接，來(lái)同步Switch和DMM。
Switch可以作為多路復(fù)用器或者矩陣開關(guān)使用。每一個(gè)獨(dú)立的Switch通道都可以路由到一個(gè)‘com’或者公共通道。所以Switch的‘com’通道需要被外部連線至DMM，這里指的便是模擬信號(hào)的連接。由于使用的是PXI平臺(tái)，數(shù)字同步信號(hào)連接方法相對(duì)簡(jiǎn)單些，所有的數(shù)字觸發(fā)信號(hào)通過(guò)PXI背板發(fā)送到每一個(gè)模塊。所以，同步版卡所需要數(shù)字信號(hào)不需要任何的外部連線。
本系統(tǒng)正是采用這種配置方式將DMM與Switch的公共端相連接，DMM測(cè)量Switch的公共端，而Switch負(fù)責(zé)將公共端與外部各被測(cè)端之間進(jìn)行切換，每進(jìn)行一次切換，DMM便對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性可通過(guò)軟件這個(gè)重要部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用正確的軟件工具并通過(guò)設(shè)計(jì)或調(diào)用合理的程序模塊，可以實(shí)現(xiàn)高效的人機(jī)交互。
本系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)我們選擇了LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)圖形開發(fā)環(huán)境，其內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，可以滿足多種測(cè)試環(huán)境要求，融合多種信號(hào)測(cè)試、分析功能于一身，使系統(tǒng)的適應(yīng)性大大增強(qiáng)。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)的適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)軟件在功能實(shí)現(xiàn)上使用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊完成獨(dú)立的功能，同時(shí)可以滿足系統(tǒng)高耦合與低內(nèi)聚的要求。整個(gè)軟件部分主要由用戶管理、參數(shù)配置、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)表生成5個(gè)模塊構(gòu)成，如圖3所示。
圖3 軟件組成模塊
- 每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)特定的功能，登錄子模塊在系統(tǒng)中判定用戶權(quán)限，在本系統(tǒng)中管理員權(quán)限不但可以使用產(chǎn)品測(cè)試功能，還可以使用參數(shù)配置，數(shù)據(jù)回放功能；如果是普通權(quán)限即操作員則只能使用測(cè)試功能。在參數(shù)輸入模塊中，用戶可以設(shè)定待測(cè)產(chǎn)品的具體型號(hào)，測(cè)試環(huán)境溫度、濕度，以及技術(shù)要求的參數(shù)。自動(dòng)測(cè)試模塊通過(guò)調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)控制DMM與Switch協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試。存儲(chǔ)模塊將采集結(jié)果保存到相應(yīng)文件中以備打印和報(bào)表生成。報(bào)表生成模塊可將已存的測(cè)量數(shù)據(jù)以Execl形式打印。軟件界面如圖4 。
圖4 系統(tǒng)軟件界面
結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)的搭建再次驗(yàn)證了運(yùn)用柔性測(cè)試技術(shù)搭建的測(cè)試系統(tǒng)與傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)相比具有快速、靈活、可擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)高效的軟件以及模塊化的硬件組合而成的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，減少研發(fā)成本，降低工作人員工作強(qiáng)度，提高測(cè)試效率。
