基于LabVIEW的機車電耗記錄儀檢定方法的研究

申強

【摘 要】 傳統機車電耗記錄儀的檢定方法是由標準功率源進行檢定，雖然比較直觀，但是只是針對單一的被檢測對象，當被檢測的記錄儀較多時不能對所有被測記錄儀進行記錄分析。本文給出了一種基于虛擬儀器技術的新型檢測方法，采用LabVIEW軟件作為系統的開發平臺，并通過系統軟件實現各項電力參數的快速、準確測量以及電能質量的實時分析。

【關鍵詞】 電耗記錄儀 LabVIEW 虛擬儀器 電能質量

1 引言

鐵路作為國民經濟的重要基礎設施，在我國綜合交通運輸體系中扮演著重要角色。在加快節約型社會的建設中，鐵路肩負著重要責任。一方面，作為消耗能源的重點行業，在節能降耗，提高能源綜合應用效率方面大有潛力可挖；另一方面，電氣化鐵路長期存在功率因數低、諧波含量高和負序等問題，嚴重影響公用電網的電能質量。機車電耗記錄儀能夠對機車運行過程中的各項數據進行記錄，對記錄儀的檢定就顯得尤為重要，隨著數字化測量技術、計算機技術和網絡通信技術的飛速發展，將虛擬儀器技術與電耗記錄儀的檢定方法相結合，使得這一問題能夠得到很好地解決。

2 系統總體結構

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。它的出現終于把人們——尤其是傳統儀器工程師和科學家們從繁雜的編程工作中解放出來，使他們能夠真正專心于自己所關注的事情。

LabVIEW程序又稱虛擬儀器，即VI，其外觀和操作均模仿現實儀器。程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱G代碼或程序框圖代碼。前面板創建完畢后，便可使用圖形化的函數添加源代碼來控制前面板上的對象。前面板上的對象在程序框圖中顯示為接線端。接線端用以表示輸入控件或顯示控件的數據類型。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示控件顯示為圖標或數據類型接線端。默認狀態下，前面板對象顯示為圖標接線端。接線端是在前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。

節點是程序框圖上的對象，具有輸入輸出端，在VI運行時進行運算。節點相當于文本編程語言中的語句、運算符、函數和子程序。結構是文本編程語言中的循環和條件語句的圖形化表示。使用程序框圖中的結構可對代碼塊進行重復操作，有條件執行或按特定順序執行代碼。

程序框圖中對象的數據傳輸通過連線實現。每根連線都只有一個數據源，但可以與多個讀取該數據的VI和函數連接。不同數據類型的連線有不同的顏色、粗細和樣式。斷開的連線顯示為黑色的虛線，中間有個紅色的x。出現斷線的原因有很多，如試圖連接數據類型不兼容的兩個對象是就會產生斷線。

基于LabVIEW的電耗記錄儀檢定系統與傳統的檢定系統一樣，同樣具備三大功能模塊，即數據采集模塊、數據分析處理模塊、結果顯示模塊。不同的是數據分析處理模塊和結果顯示模塊用軟件來實現，數據采集模塊就是要進行串口配置，按照儀器通信協議通過RS232異步通信方式進行數據采集。

3 系統總體設計思路

基于LabVIEW的機車電耗記錄儀檢定系統要實現的功能包括對電流的測量、電壓的測量、頻率的測量、有功功率的測量、功率因素的計算以及電能誤差的計算，同時該系統還要有軟件的使用幫助以及具有打印輸出的功能。該系統程序用到了事件結構， 等待事件發生，并執行相應條件分支，處理該事件。事件結構包括一個或多個子程序框圖或事件分支，結構處理時間時，僅有一個子程序框圖或分支在執行。等待事件通知時，該結構可超時。連線事件結構邊框左上角的“超時”接線端，指定事件結構等待事件發生的時間，以毫秒為單位。默認值為-1，表示永不超時。可配置單個分支處理多個事件，但一次只能發生分支中的一個事件。必須在While循環中放置事件結構，以便處理多個事件。事件結構中的單個分支不能同時處理通知事件和過濾事件。一個事件分支可處理多個通知事件，但只有所有事件數據項完全相同時才能處理多個過濾事件。可配置一個或多個事件結構對一個特定對象上同一通知事件或過濾事件作出響應。圖1為電耗記錄儀檢定系統子功能模塊圖。

4 相關模塊測量程序

下面就以該系統中兩個子模塊為例進行說明，它們分別為串口配置模塊和頻率測量子模塊。

4.1 串口配置模塊

該模塊程序中主要配置串口的波特率、奇偶校驗位、停止位等等，其中串口連接要在全局變量中定義。接上電能表之后，要進行串口配置，找到相應的串口號，同時這里還可以設置電能表編號，從而在輸出打印時，記錄相應的電能表編號，點擊保存，即配置成功。

4.2 頻率測量模塊

該模塊能夠測量電能表時時輸出的頻率，從而為電能表的檢定提供依據。該模塊程序中用到了for循環，同時for循環中包含平鋪式順序結構，該結構包括一個或多個順序執行的子程序框圖或幀。平鋪式順序結構可確保子程序框圖按一定順序執行。平鋪式順序結構的數據流不同于其他結構的數據流。所有連線至幀的數據都可用時，平鋪式順序結構的幀按照從左至右的順序執行。每幀執行完畢后會將數據至傳遞至下一幀。即幀的輸入可能取決于另一個幀的輸出。

在頻率測量模塊中還包括3個子VI程序，它們分別作為頻率測量模塊程序的組成部分，在這里就不做贅述。

5 系統的測試結果

當配置好串口時，點擊頻率測量按鈕，系統就會調用頻率測量自程序，通過串口采集設備信息，讀取電能表的頻率值，實時繪出頻率值的波形圖表以及XY圖，并在界面右側用表格方式顯示出監測信息，該系統可以連續采集18次數據，形成圖表后，自動生成word，方便用戶保存查看。圖2顯示系統的測試結果。

6 結語

基于LabVIEW平臺的機車電耗記錄儀檢定使用NI公司的LabVIEW2013軟件編程實現對頻率測量、電能誤差、電壓以及電流測量等，具有測量精度高，抗干擾性能好等優點，滿足系統測試要求，將虛擬儀器技術用于電能質量的監測中，具有硬件結構簡單，軟件開發周期短，功能擴展靈活等優點。從仿真結果來看，該系統運行良好，性能穩定。設計思想和實際相符合，能夠滿足對電能質量參數監測的要求并能夠對電能表進行快速準確地檢定。

參考文獻：

[1]郭知彼.電氣化鐵路電能質量的綜合治理[J].變流技術與電力牽引，2006（2）：7l-74.

[2]方向東.基于LabVIEW的電能質量自動監測系統[J].計算技術與自動化，2007，26（1）：33-35.

[3]閻鴻程，黃建業，高偉.基于LabVIEW軟件的電能質量監測系統[J].電工電氣，2012（7）：13-19.

[4]陳樹學，劉宣.LabVIEW寶典[M].電子工業出版社，2011.endprint

【摘 要】 傳統機車電耗記錄儀的檢定方法是由標準功率源進行檢定，雖然比較直觀，但是只是針對單一的被檢測對象，當被檢測的記錄儀較多時不能對所有被測記錄儀進行記錄分析。本文給出了一種基于虛擬儀器技術的新型檢測方法，采用LabVIEW軟件作為系統的開發平臺，并通過系統軟件實現各項電力參數的快速、準確測量以及電能質量的實時分析。

【關鍵詞】 電耗記錄儀 LabVIEW 虛擬儀器 電能質量

1 引言

鐵路作為國民經濟的重要基礎設施，在我國綜合交通運輸體系中扮演著重要角色。在加快節約型社會的建設中，鐵路肩負著重要責任。一方面，作為消耗能源的重點行業，在節能降耗，提高能源綜合應用效率方面大有潛力可挖；另一方面，電氣化鐵路長期存在功率因數低、諧波含量高和負序等問題，嚴重影響公用電網的電能質量。機車電耗記錄儀能夠對機車運行過程中的各項數據進行記錄，對記錄儀的檢定就顯得尤為重要，隨著數字化測量技術、計算機技術和網絡通信技術的飛速發展，將虛擬儀器技術與電耗記錄儀的檢定方法相結合，使得這一問題能夠得到很好地解決。

2 系統總體結構

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。它的出現終于把人們——尤其是傳統儀器工程師和科學家們從繁雜的編程工作中解放出來，使他們能夠真正專心于自己所關注的事情。

LabVIEW程序又稱虛擬儀器，即VI，其外觀和操作均模仿現實儀器。程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱G代碼或程序框圖代碼。前面板創建完畢后，便可使用圖形化的函數添加源代碼來控制前面板上的對象。前面板上的對象在程序框圖中顯示為接線端。接線端用以表示輸入控件或顯示控件的數據類型。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示控件顯示為圖標或數據類型接線端。默認狀態下，前面板對象顯示為圖標接線端。接線端是在前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。

節點是程序框圖上的對象，具有輸入輸出端，在VI運行時進行運算。節點相當于文本編程語言中的語句、運算符、函數和子程序。結構是文本編程語言中的循環和條件語句的圖形化表示。使用程序框圖中的結構可對代碼塊進行重復操作，有條件執行或按特定順序執行代碼。

程序框圖中對象的數據傳輸通過連線實現。每根連線都只有一個數據源，但可以與多個讀取該數據的VI和函數連接。不同數據類型的連線有不同的顏色、粗細和樣式。斷開的連線顯示為黑色的虛線，中間有個紅色的x。出現斷線的原因有很多，如試圖連接數據類型不兼容的兩個對象是就會產生斷線。

基于LabVIEW的電耗記錄儀檢定系統與傳統的檢定系統一樣，同樣具備三大功能模塊，即數據采集模塊、數據分析處理模塊、結果顯示模塊。不同的是數據分析處理模塊和結果顯示模塊用軟件來實現，數據采集模塊就是要進行串口配置，按照儀器通信協議通過RS232異步通信方式進行數據采集。

3 系統總體設計思路

基于LabVIEW的機車電耗記錄儀檢定系統要實現的功能包括對電流的測量、電壓的測量、頻率的測量、有功功率的測量、功率因素的計算以及電能誤差的計算，同時該系統還要有軟件的使用幫助以及具有打印輸出的功能。該系統程序用到了事件結構， 等待事件發生，并執行相應條件分支，處理該事件。事件結構包括一個或多個子程序框圖或事件分支，結構處理時間時，僅有一個子程序框圖或分支在執行。等待事件通知時，該結構可超時。連線事件結構邊框左上角的“超時”接線端，指定事件結構等待事件發生的時間，以毫秒為單位。默認值為-1，表示永不超時。可配置單個分支處理多個事件，但一次只能發生分支中的一個事件。必須在While循環中放置事件結構，以便處理多個事件。事件結構中的單個分支不能同時處理通知事件和過濾事件。一個事件分支可處理多個通知事件，但只有所有事件數據項完全相同時才能處理多個過濾事件。可配置一個或多個事件結構對一個特定對象上同一通知事件或過濾事件作出響應。圖1為電耗記錄儀檢定系統子功能模塊圖。

4 相關模塊測量程序

下面就以該系統中兩個子模塊為例進行說明，它們分別為串口配置模塊和頻率測量子模塊。

4.1 串口配置模塊

該模塊程序中主要配置串口的波特率、奇偶校驗位、停止位等等，其中串口連接要在全局變量中定義。接上電能表之后，要進行串口配置，找到相應的串口號，同時這里還可以設置電能表編號，從而在輸出打印時，記錄相應的電能表編號，點擊保存，即配置成功。

4.2 頻率測量模塊

該模塊能夠測量電能表時時輸出的頻率，從而為電能表的檢定提供依據。該模塊程序中用到了for循環，同時for循環中包含平鋪式順序結構，該結構包括一個或多個順序執行的子程序框圖或幀。平鋪式順序結構可確保子程序框圖按一定順序執行。平鋪式順序結構的數據流不同于其他結構的數據流。所有連線至幀的數據都可用時，平鋪式順序結構的幀按照從左至右的順序執行。每幀執行完畢后會將數據至傳遞至下一幀。即幀的輸入可能取決于另一個幀的輸出。

在頻率測量模塊中還包括3個子VI程序，它們分別作為頻率測量模塊程序的組成部分，在這里就不做贅述。

5 系統的測試結果

當配置好串口時，點擊頻率測量按鈕，系統就會調用頻率測量自程序，通過串口采集設備信息，讀取電能表的頻率值，實時繪出頻率值的波形圖表以及XY圖，并在界面右側用表格方式顯示出監測信息，該系統可以連續采集18次數據，形成圖表后，自動生成word，方便用戶保存查看。圖2顯示系統的測試結果。

6 結語

基于LabVIEW平臺的機車電耗記錄儀檢定使用NI公司的LabVIEW2013軟件編程實現對頻率測量、電能誤差、電壓以及電流測量等，具有測量精度高，抗干擾性能好等優點，滿足系統測試要求，將虛擬儀器技術用于電能質量的監測中，具有硬件結構簡單，軟件開發周期短，功能擴展靈活等優點。從仿真結果來看，該系統運行良好，性能穩定。設計思想和實際相符合，能夠滿足對電能質量參數監測的要求并能夠對電能表進行快速準確地檢定。

參考文獻：

[1]郭知彼.電氣化鐵路電能質量的綜合治理[J].變流技術與電力牽引，2006（2）：7l-74.

[2]方向東.基于LabVIEW的電能質量自動監測系統[J].計算技術與自動化，2007，26（1）：33-35.

[3]閻鴻程，黃建業，高偉.基于LabVIEW軟件的電能質量監測系統[J].電工電氣，2012（7）：13-19.

[4]陳樹學，劉宣.LabVIEW寶典[M].電子工業出版社，2011.endprint

【摘 要】 傳統機車電耗記錄儀的檢定方法是由標準功率源進行檢定，雖然比較直觀，但是只是針對單一的被檢測對象，當被檢測的記錄儀較多時不能對所有被測記錄儀進行記錄分析。本文給出了一種基于虛擬儀器技術的新型檢測方法，采用LabVIEW軟件作為系統的開發平臺，并通過系統軟件實現各項電力參數的快速、準確測量以及電能質量的實時分析。

【關鍵詞】 電耗記錄儀 LabVIEW 虛擬儀器 電能質量

1 引言

鐵路作為國民經濟的重要基礎設施，在我國綜合交通運輸體系中扮演著重要角色。在加快節約型社會的建設中，鐵路肩負著重要責任。一方面，作為消耗能源的重點行業，在節能降耗，提高能源綜合應用效率方面大有潛力可挖；另一方面，電氣化鐵路長期存在功率因數低、諧波含量高和負序等問題，嚴重影響公用電網的電能質量。機車電耗記錄儀能夠對機車運行過程中的各項數據進行記錄，對記錄儀的檢定就顯得尤為重要，隨著數字化測量技術、計算機技術和網絡通信技術的飛速發展，將虛擬儀器技術與電耗記錄儀的檢定方法相結合，使得這一問題能夠得到很好地解決。

2 系統總體結構

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。它的出現終于把人們——尤其是傳統儀器工程師和科學家們從繁雜的編程工作中解放出來，使他們能夠真正專心于自己所關注的事情。

LabVIEW程序又稱虛擬儀器，即VI，其外觀和操作均模仿現實儀器。程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱G代碼或程序框圖代碼。前面板創建完畢后，便可使用圖形化的函數添加源代碼來控制前面板上的對象。前面板上的對象在程序框圖中顯示為接線端。接線端用以表示輸入控件或顯示控件的數據類型。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示控件顯示為圖標或數據類型接線端。默認狀態下，前面板對象顯示為圖標接線端。接線端是在前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。

節點是程序框圖上的對象，具有輸入輸出端，在VI運行時進行運算。節點相當于文本編程語言中的語句、運算符、函數和子程序。結構是文本編程語言中的循環和條件語句的圖形化表示。使用程序框圖中的結構可對代碼塊進行重復操作，有條件執行或按特定順序執行代碼。

程序框圖中對象的數據傳輸通過連線實現。每根連線都只有一個數據源，但可以與多個讀取該數據的VI和函數連接。不同數據類型的連線有不同的顏色、粗細和樣式。斷開的連線顯示為黑色的虛線，中間有個紅色的x。出現斷線的原因有很多，如試圖連接數據類型不兼容的兩個對象是就會產生斷線。

基于LabVIEW的電耗記錄儀檢定系統與傳統的檢定系統一樣，同樣具備三大功能模塊，即數據采集模塊、數據分析處理模塊、結果顯示模塊。不同的是數據分析處理模塊和結果顯示模塊用軟件來實現，數據采集模塊就是要進行串口配置，按照儀器通信協議通過RS232異步通信方式進行數據采集。

3 系統總體設計思路

基于LabVIEW的機車電耗記錄儀檢定系統要實現的功能包括對電流的測量、電壓的測量、頻率的測量、有功功率的測量、功率因素的計算以及電能誤差的計算，同時該系統還要有軟件的使用幫助以及具有打印輸出的功能。該系統程序用到了事件結構， 等待事件發生，并執行相應條件分支，處理該事件。事件結構包括一個或多個子程序框圖或事件分支，結構處理時間時，僅有一個子程序框圖或分支在執行。等待事件通知時，該結構可超時。連線事件結構邊框左上角的“超時”接線端，指定事件結構等待事件發生的時間，以毫秒為單位。默認值為-1，表示永不超時。可配置單個分支處理多個事件，但一次只能發生分支中的一個事件。必須在While循環中放置事件結構，以便處理多個事件。事件結構中的單個分支不能同時處理通知事件和過濾事件。一個事件分支可處理多個通知事件，但只有所有事件數據項完全相同時才能處理多個過濾事件。可配置一個或多個事件結構對一個特定對象上同一通知事件或過濾事件作出響應。圖1為電耗記錄儀檢定系統子功能模塊圖。

4 相關模塊測量程序

下面就以該系統中兩個子模塊為例進行說明，它們分別為串口配置模塊和頻率測量子模塊。

4.1 串口配置模塊

該模塊程序中主要配置串口的波特率、奇偶校驗位、停止位等等，其中串口連接要在全局變量中定義。接上電能表之后，要進行串口配置，找到相應的串口號，同時這里還可以設置電能表編號，從而在輸出打印時，記錄相應的電能表編號，點擊保存，即配置成功。

4.2 頻率測量模塊

該模塊能夠測量電能表時時輸出的頻率，從而為電能表的檢定提供依據。該模塊程序中用到了for循環，同時for循環中包含平鋪式順序結構，該結構包括一個或多個順序執行的子程序框圖或幀。平鋪式順序結構可確保子程序框圖按一定順序執行。平鋪式順序結構的數據流不同于其他結構的數據流。所有連線至幀的數據都可用時，平鋪式順序結構的幀按照從左至右的順序執行。每幀執行完畢后會將數據至傳遞至下一幀。即幀的輸入可能取決于另一個幀的輸出。

在頻率測量模塊中還包括3個子VI程序，它們分別作為頻率測量模塊程序的組成部分，在這里就不做贅述。

5 系統的測試結果

當配置好串口時，點擊頻率測量按鈕，系統就會調用頻率測量自程序，通過串口采集設備信息，讀取電能表的頻率值，實時繪出頻率值的波形圖表以及XY圖，并在界面右側用表格方式顯示出監測信息，該系統可以連續采集18次數據，形成圖表后，自動生成word，方便用戶保存查看。圖2顯示系統的測試結果。

6 結語

基于LabVIEW平臺的機車電耗記錄儀檢定使用NI公司的LabVIEW2013軟件編程實現對頻率測量、電能誤差、電壓以及電流測量等，具有測量精度高，抗干擾性能好等優點，滿足系統測試要求，將虛擬儀器技術用于電能質量的監測中，具有硬件結構簡單，軟件開發周期短，功能擴展靈活等優點。從仿真結果來看，該系統運行良好，性能穩定。設計思想和實際相符合，能夠滿足對電能質量參數監測的要求并能夠對電能表進行快速準確地檢定。

參考文獻：

[1]郭知彼.電氣化鐵路電能質量的綜合治理[J].變流技術與電力牽引，2006（2）：7l-74.

[2]方向東.基于LabVIEW的電能質量自動監測系統[J].計算技術與自動化，2007，26（1）：33-35.

[3]閻鴻程，黃建業，高偉.基于LabVIEW軟件的電能質量監測系統[J].電工電氣，2012（7）：13-19.

[4]陳樹學，劉宣.LabVIEW寶典[M].電子工業出版社，2011.endprint