旋變測試數據采集的技術改進

張 曙，胡 博，李澤世

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

旋轉變壓器(以下簡稱旋變)產品在出廠之前，需要對產品的電氣參數進行測試，以檢測旋變產品是否達到相應的標準規范[1]。傳統的方法需要兩位檢測人員，一位操作試驗儀器與轉臺，另一位手工記錄測試數據。這種人工記錄數據的方法費工耗時、計算繁瑣，無法適應生產線測試需求，成為阻礙旋變批量產業化的瓶頸[2]。且人工參與，會帶來隨機誤差，對操作者的作業規范有較大要求。LabVIEW軟件的強大適用性，以及旋變參數的工業測量儀器,如NAI-8810A角位置指示器、NAI2250相位表、精密光柵光學分度頭等，都提供了基于LabVIEW軟件平臺的接口，為計算機數據采集系統的設計提供了便利。另外，通過對軟件算法和邏輯過程進行的合理優化，可以實現快速、準確、高效的旋變參數測量，以節約大量的人力物力成本，滿足大批量、流水線化的測試需求。

基于LabVIEW的數據采集系統，可以完成單極旋變、多極旋變、雙通道旋轉變壓器、自整角機、線性旋轉變壓器、交軸誤差和函數誤差等多種旋變試驗數據采集，有效地解決了現存的問題，可大大降低檢測人員的勞動強度，同時保證了產品檢測的質量，為產品的改進提供了依據[3]。

1 數據采集系統設計

半自動采集系統工作原理如圖1所示。

圖1 半自動采集系統工作原理圖

在操作人員手動完成接線、勵磁、測試的項目和要求的選取、尋找零位、電機位置轉動后，根據測試系統的提示來操縱和控制相應的設備，完成相應操作。利用計算機和儀器通訊完成測試過程的數據采集、計算和報表生成的工作，以減少檢驗員記錄和計算的工作量，減少人為誤差。

根據人工測試以及數據記錄的特點，本系統主要具有以下功能：

a)系統具有旋轉變壓器常溫狀態下測試功能；

b)系統具有半自動測試、數據輸入和輸出、記錄、存貯、計算、實時報錯功能；

c)對系統自檢、使用過程中發生的設備故障和錯誤操作，有報警提示功能；

d)測試流程應按被試產品類型、使用電橋或角位置指示儀(二選一)來區分。

系統主要采集的數據有零位電壓，最大輸出電壓，變壓比，變壓比均衡性，相位移，電氣誤差，零位偏差，交軸誤差，函數誤差等。

本系統主要是LabVIEW程序，其功能有：提供友好的人機交互接口、實現測量儀器測量值的自動讀取與記錄、進行數據分析和錯誤處理以及完成測量邏輯。LabVIEW為普通測試人員提供了完整的操作界面，開發人員可直接在操作界面上修改程序以完善和拓展其功能。

軟件實現了單極旋變、多極旋變、雙通道旋變、自整角機、線性旋變、交軸誤差和函數誤差等多種旋變實驗數據采集，運行軟件時可以實時選擇所測旋變類型。本軟件具有下面幾個特點：

a)程序采用自頂向下的模塊化編程設計，包括通訊模塊、采樣模塊、數據處理模塊、查詢模塊等。各模塊之間設置了握手信號，且模塊具有可移植性和通用性，便于升級。

b)程序執行過程中，具有記憶功能，例如，實驗過程中發生了中斷，經過調整后，可以加載原實驗數據繼續進行，而不是從頭開始。

c)數據采集時，數字校驗和按鍵防抖等處理確保了數據的準確有效。

d)程序按照總項目和子項目來管理，測試儀表和實驗項目都可以選擇和互換，即同一類別的儀表可以按實際使用情況進行選擇。如數字電壓分析表可以選2250、2250A等。

e)軟件具有防止誤操作、重新讀取等提示按鈕，防止實驗中操作不當。

f)對于錯誤的輸入，操作系統將不予響應且有明確的提示信息。

通過對軟件邏輯的理論分析和與人工數據記錄方法的結果比對，本軟件數據采集系統符合精度的要求，并相對于人工記錄成倍地減少了測試所需時間。

2 測試軟件實際使用流程

2.1 雙通道旋變軟件測試流程

雙通道正余弦旋變測試流程如圖2所示。

圖2 雙通道正余弦旋變測試流程

雙通道旋變，是測試數量最多的旋變類型之一，且其測試流程最為復雜，耗時最長，下文以雙通道旋變為例，詳細介紹本LabVIEW軟件的使用流程。

步驟1：運行雙通道測試主程序

雙擊雙通道旋變軟件文件夾中的[雙通道測試.vi]，彈出如圖3所示主程序對話框，選擇旋變類型。

圖3 雙通道測試主面板

步驟2：通信配置

程序執行時，需要進行通信端口配置，在執行步驟1時，軟件其實已經從[端口配置文件.ini]文件中調用了默認的配置，此時若不是第一次在本機運行本軟件，或通訊端口都未做變動的情況下，可以忽略本步驟。

通信端口配置對話框如圖8所示。

圖8 通信端口配置

在通信端口配置控件框內，按照當前計算機與儀器接口配置進行修改，修改后的配置保存到端口配置文件夾中，只要端口計算機硬件端口配置不發生改動，之后不同型號的旋變測量時都不再需要重新配置。

步驟3：參數配置

執行完之后，需要對本次測量的電機進行參數配置，本步驟不可忽略。單擊圖3中的參數配置按鈕，彈出圖4對話框。

圖4 參數配置

可以看到，參數配置對話框中各編輯框內都有一定的數據，這是因為程序在執行步驟1之前，程序已經調用了上次測量時所用的參數配置。

此時，若本次測量的電機型號與上次測量的相同，且測試環境不改變，則只需根據要求修改[電機編號]和[起始頁碼]即可。

若電機型號與上次不同，但在之前測試過該種電機，則可以單擊[打開]按鈕選擇電機的配置文件，并修改[電機編號]和[起始頁碼]。

若此種電機為一種新型電機，則需要新建一個配置文件，點擊[新建]按鈕，跳出如圖5所示的對話框，輸入文件名，點擊[確定]，并按實際配置填寫表格。

圖5 新建配置文件

最后，需要單擊圖4中[保存]按鈕，該按鈕的功能是將面板上的配置寫入配置文件并設為下次測量的默認配置、將面板的參數配置應用到當前測量中、以及退出當前對話框以執行后續的測量過程。

在測試主界面有三個[數字電壓分析表]、[測試方式]和[精機極對數]的選擇，測試前，根據測試要求進行選擇。

步驟4：開始測試

完成參數配置后，點擊測試主面板的[開始測試]按鈕，軟件便進入到測量旋變參數的過程中。

步驟5：粗機電氣參數測量

第5)步驟之后，進入到粗機參數測量過程，單擊鍵盤上“空格”鍵，軟件自動讀取零位參數，并跳出如圖6所示的對話框,提示操作人員“改變電橋位置，測試最大輸出電壓”。操作人員根據提示消息，進行相關操作。

圖6 提示消息

若在期間得到參數實測值超出給定范圍時，則會彈出超出上下限提示框，如圖7所示，可以點擊[忽略]和[停止測試]按鈕來選擇程序后續執行方式，若選[忽略]，主程序會繼續執行后續測量；若選[停止測試]，則會退出主程序。

圖7 超出上下限提示框

步驟6：精機電氣參數測量

雙通道旋變內含兩組副邊繞組，分別稱為粗機和精機，執行完粗機的測量之后，單擊空格鍵，生成粗機電氣表格，再次點擊空格鍵，程序進入精機測量，彈出如圖8所示的對話框。

圖8 精機測試提示對話框

精機測量過程與粗機相似。等待精機測量過程完成后，程序自動將主面板記錄的參數記錄到標準excel表格，如圖9～圖11所示。

圖9 粗機電氣表格記錄

圖10 精機零位表格記錄

圖11 精機電氣表格記錄

步驟7：重新測試

當實驗過程中發生了中斷或是對測試采集的數據不滿意時，經過調整，可以點擊主面板[當前重新測試]按鈕，繼續進行當前實驗，而不是從頭開始。

至此，一個雙通道旋變參數的自動測量過程全部完成，更換下一組旋變后繼續進行測量。

2.2 其它旋變軟件測試流程

與雙通道旋轉變壓器相比，單極或多極旋變在結構上副邊只有一副繞組(粗機繞組)，相應的，只有粗機參數測量過程，測量過程相對雙通道旋變大大簡化。運行測試主程序，進入到多極旋變測試主面板如圖12所示。

圖12 多極旋變測試主面板

類似于雙通道旋變，測試前需進行通信端口和電機參數的配置。單極或多極旋變在零位參數測試過程中逐步點擊[讀取零位電壓]、[讀取最大輸出電壓]、[讀取電氣誤差]按鈕，最后數據采集完后，點擊[生成報表]，即可生成報表。

在多極旋變參數設置面板中，如圖13所示，加入了測試[起始角度]、[測試間隔角度]和[測試點數]的選項。起始角度為相對于多極旋變零位的角度，對于某些多極旋變，它們的電氣參數需要根據特定需求從該點處開始測量。

圖13 多極旋變參數配置

自整角機、線性旋變你、變軸誤差和函數誤差軟件執行過程，幾乎完全與多極旋變一致，略有不同的仍是表格的樣式和參數配置界面。

3 結 語

通過對軟件邏輯的理論分析和與人工數據記錄方法的結果比對，本軟件數據采集系統符合精度的要求，并相對于人工記錄成倍地減少了測量所需的時間。但仍存在如下問題：軟件系統采用的數據直接以文本文檔保存，數據不能直接使用，還需要進行格式轉化和后期處理；電機的測試安裝支架種類多，一些電機需要加工安裝支架和連軸器。改進軟件，已對保存數據的格式進行優化，盡量減少數據的后期處理程序，避免了重復，并在現有的硬件基礎上繼續開發測試系統的其它功能，實現了二次優化。