基于LabVIEW的配電產品精度測試系統的設計與實現

李明波，王 鵬，劉騰飛，葉叢林

（石家莊科林電氣股份有限公司，河北 石家莊 050222）

配電產品（如FTU、DTU）在研發、測試階段需要進行大量的測試工作，以驗證采集的電壓、電流、頻率、相角、P、Q、S等參數的準確性。傳統的人工測試，需要頻繁手動操作DK-34B1 的按鍵，讀取施加值，同時通過維護軟件人工讀取配電產品采集到的顯示值，最后通過公式計算出顯示值與施加值的百分比誤差，這一操作流程煩瑣，嚴重影響著測試進度與測試準確性。

LabVIEW 是美國NI 公司開發的一個虛擬儀器開發平臺，提供了豐富的數據采集、分析、處理、顯示和存儲的工具包，內置了多種通信協議的標準庫函數，包括RS232、TCP、UDP、DAQ、GPIB、PXI、VXI等，提供了強大的傳統程序調試工具和外部程序接口能力。本系統正是利用基于LabVIEW的虛擬儀器技術，對DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置和配電產品進行控制和數據采集、處理、保存。

1 系統結構及原理

系統的結構如圖1所示，系統以上位機為核心，利用串口通信控制DK-34B1 輸出指定的電壓、電流、頻率、相角、諧波，回讀DK-34B1當前的施加值；同時利用TCP 通信給配電產品發送連接命令、總召命令，讀取配電產品的突發、總召的顯示值；進行實時誤差計算、按照指定格式保存為原始記錄。完成電壓遙測、電流遙測、頻率遙測、功率遙測、功率因數遙測、波形畸變影響、功率因數影響、不平衡電流影響、被測量超限、三相功率元件相互作用影響、輸入電壓變化影響、輸入電流變化影響、零電壓零電流-遙測、零電壓零電流-波形畸變等測試。

圖1 系統結構框圖

2 系統硬件介紹

2.1 DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置

DK-34B1 多功能交流采樣變送器校驗裝置是采用大規模進口集成電路、高速數字處理器（DSP）、DDS波形合成、復雜可編程邏輯陣列（CPLD）、大規模集成功放、嵌入式計算機系統等先進技術而設計。適用于交流采樣、變送器、指示儀表的檢定和校準，是各工礦企業和電力系統用于產品檢定和校準的理想設備。應用電力通信規約和計算機，DK-34B1可很方便地對交流采樣裝置和各種變送器進行全自動檢定和管理，備有接口和軟件，接口協議開放，用戶可自行編程控制儀器。

2.2 配電產品

本測試系統目前適配的配電產品包括配電網自動化饋線終端（FTU）和配電網自動化站所終端（DTU），此2 類產品配置靈活，應用方便，通過維護軟件配置可以實現目前各種運行方式，完成多回線全電量測量，包括直流信號量、交流電壓、相電流、零序電流、頻率、諧波數據等基本參數，同時計算有功功率、無功功率、功率因數等數據。

3 系統軟件設計

系統軟件流程包括測試流程控制模塊、串口數據發送接收模塊、TCP 數據發送接收模塊、數據處理保存模塊共4個部分，上位機軟件流程圖如圖2所示。

圖2 系統軟件流程圖

3.1 測試流程控制模塊

該模塊用于按照已選擇的測試項目控制測試流程，產生測試項目、測試條件、擬測量。測試開始后，首先初始化DK-34B1，包括設置電壓電流檔位、3～15次諧波清零、相角清零、頻率設置50 Hz、電壓電流清零，然后按照選擇的測試項目依次進行測試，測試完成后彈出對話框提示用戶。

3.2 串口數據發送接收模塊

該模塊用于與DK-34B1通信，發送參數控制命令，通過測試流程控制模塊輸出的擬測量確定回復的數據幀中所需的施加值。

用“VISA Configure Serial Port”進行串口初始化，計算機通過選定的串口與DK-34B1相連，串口初始化按照串口默認屬性進行設置：波特率115200，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位。

用“VISA 寫入”向DK-34B1 發送參數控制命令和回讀命令。

用“Bytes at Port”獲取串口緩沖區中的字節數，根據字節數使用“VISA讀取”讀取數據。DK-34B1多功能交流采樣變送器校定裝置回復的數據幀長度為132 字節，其中包括的頻率、量程、幅值、相位、P、Q、S等數據在數據幀的固定位置，根據測試流程控制模塊輸出的擬測量，使用截取字符串即可獲取所需的施加值。

用“VISA關閉”關閉串口，釋放串口資源。

3.3 TCP數據發送接收模塊

該模塊用于與配電產品通信，發送連接命令和總召命令，通過測試流程控制模塊輸出的擬測量確定突發幀和總召幀中所需的顯示值。

用“打開TCP連接”進行TCP初始化，計算機通過選定的IP地址、端口號與配電產品相連。

在TCP 寫命令的While 循環中，用“寫入TCP數據”每2 s寫入連接命令和總召命令。

在TCP 讀數據的While 循環中，用2 個“讀取TCP 數據”函數，首先讀取TCP 數據幀的長度，然后根據長度讀取剩余的數據，再使用“連接字符串”得到完整的數據幀。

對于突發幀，由于突發報文中信息體數量、信息體地址具有不確定性，需根據104 協議，判斷幀突發報文中的信息體數量，然后依次判斷每一個信息體地址是否為擬測量。當判斷出報文中有所需的擬測量時，進入數據處理保存模塊。

對于總召幀，由于在維護軟件中配置的遙測量數量可包括在一幀總召報文，所以按照總召報文格式截取固定字節的字符串，便可得到所需的遙測量，進入數據處理保存模塊。

3.4 數據處理保存模塊

該模塊用于對施加值、顯示值處理，按照相關公式實時計算出誤差，并把該測試數據自動保存在“原始記錄.tdms”文件中。

4 實驗結果與分析

4.1 實驗步驟和方法

按照圖1 連接好電腦、DK-34B1 和配電產品，運行本測試系統，進入主界面，如圖3所示。

圖3 上位機主機面

選擇設備IP 地址，點擊“連接TCP”，TCP 連接燈會變亮；選擇連接的串口號，點擊“打開串口”，串口燈會變亮；當測試過程中，發生TCP、串口通信異常，如測試人員不慎碰到網線、串口線導致數據異常時，系統彈出提示對話框，并關閉DK-34B1停止測試。

選擇所測試的配電產品的設備類型為FTU 或DTU，接線方式為線電壓或相電壓，輸入額定電壓、額定電流及誤差等級。

在“測試項目”中勾選要測試的試驗項目，系統會計算出結束時間。確認無誤后，點擊“開始”按鈕開始測試。

4.2 實驗結果

實驗過程中的數據將實時地自動保存在以“當前時間+原始記錄”為名的.tdms 文件中，原始記錄的格式按照“測試項目”新建各sheet，按照“測試條件”新建每列的第一行，從每一列的第二行開始為原始數據，格式為“施加值顯示值誤差”。

當誤差超過參數設定值時，系統自動把該條超差記錄顯示在“超差記錄”中，并保存在“超差記錄.txt”中。

實驗結束后，在“報文/結果”中進一步處理由.tdms 文件生成的Excel 文件，如圖4 所示，將每種測試條件下的誤差最大值篩選出來并保存，測試人員可省去篩選誤差最大值的時間，直接使用該結果生成檢測報告。

圖4 篩選結果

4.3 實驗分析

通過上述實驗結果可知，該精度測試系統能夠準確控制DK-34B1進行配電產品測試，將測試數據按照固定格式自動保存，并可進一步處理為最終結果，供測試人員使用。測試過程中，當誤差超過設定的值時，該條超差記錄會顯示在主界面并保存。實驗結果表明，該精度測試系統具有較好的實用性。

5 結束語

該系統采用LabVIEW可視化虛擬儀器系統開發平臺，運用了串口技術、TCP 技術、高速數據存儲技術、虛擬儀器技術，實現了對配電產品的自動化測試，達到了儀器控制準確、采集數據完整、存儲數據穩定、告警保護功能完善等要求。在實際應用中取得了良好的效果，極大地提高了自動化測試的水平。