基于LabVIEW和數據庫的智能高壓開關設備用智能組件測試平臺的搭建

蔣曉旭 王之軍 毛志寬

(平高集團有限公司，河南 平頂山 467001)

0 前言

智能高壓開關設備是智能變電站的核心設備之一，它由開關設備本體和智能組件組成，具有測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化和信息互動化的特征[1-4]。智能組件的可靠性是決定智能開關設備運行可靠和設備壽命的重要因素。統計結果表明，集成在高壓設備上或近旁的電子裝置，其平均無故障時間普遍遠低于預期水平，無法滿足高壓智能開關設備的技術需求，因此開展智能組件功能測試系統的研究對智能組件的研制及其可靠性提升具有重要價值。本文搭建了基于LabVIEW和數據庫的智能組件測試平臺，對智能組件的研究具有一定的借鑒意義。

1 測試系統平臺的搭建

1.1 開發平臺的選擇

LabVIEW是基于圖形的開發、調試和運行程序的集成化環境。由于采用流程圖的圖形化編程方式，因此也被稱為G語言(graphical language)，它是最早出現的編譯型的圖形化編程語言。它對儀器控制、數據采集、數據處理和信號分析等任務設計提供了較為豐富的功能圖標，用戶只需連接調用即可免去復雜程序編寫的麻煩。同時，LabVIEW還提供了豐富完善的工業標準及各種接口總線和常用儀器的驅動程序[5-7]。因此，本系統選擇LabVIEW作為程序開發語言。

1.2 測試數據的存儲

LabVIEW并不能直接訪問數據庫，但LabVIEW提供了豐富的外部程序接口，如.NET和Active。LabVIEW與數據庫連接有很多種方法，其中ADO是使用最為廣泛的技術，因為ADO組件集成于Windows操作系統中。ODBC是微軟公司開放服務結構中有關數據庫的一個重要組成部分，它通過建立一系列的標準和規范，最重要的是一組對數據庫訪問的標準API,即應用程序編程接口,它通過SQL來實現其大部分的功能。對于ODBC本身,它也提供了對SQL語言的支持，因此用戶可以直接將SQL語句傳遞給ODBC。LabSQL VIs按照ADO對象分為了3類，并分別位于不同的文件夾下：Command、Connection和Recordset。如圖1所示為LabVIEW數據庫訪問附加工具包[8]。

圖1 LabVIEW數據庫訪問附加工具包

1.3 測試平臺架構

系統從被測對象開始，通過傳感器轉換成電信號，經過信號調理模塊進行簡單的信號處理，將信號送至數據采集卡，數據經軟件進行處理后保存至系統數據庫，實現了歷史數據的集中存儲和管理，流程框圖如圖2所示。

圖2 數據采集系統流程框圖

系統采用模塊化設計思想進行設計，總共分為7大模塊和若干個子模塊，各模塊分別實現獨立功能，模塊之間耦合度低。也使整個程序結構更加清晰，降低程序開發過程出現錯誤的概率，提高程序的可靠性，如圖3所示為采集系統軟件模塊結構圖。

圖3 采集系統軟件子模塊

2 系統實現及測試結果

作為智能高壓開關測試平臺的子系統，傳感器信號IO平臺上集成的板卡分別具有電壓、電流、脈沖信號、RS485等信號的采集和輸出功能，可實現常用傳感器的信號檢測及模擬輸出。如：分合閘線圈電流傳感器、儲能電機電流傳感器、油壓傳感器、觸頭位移傳感器、氣體狀態傳感器、機構箱溫濕度傳感器等。

2.1 電壓信號檢測

PXI-6281板卡可對-10V—+10V的電壓信號進行采集，能夠實現對電壓型傳感器的檢測。電壓信號的采集使用DAQmx中的AI Voltage多態VI，用來指定采樣通道和模擬信號的范圍。使用Sample Clock VI指定采樣率和緩沖區大小。使用Analog 1D Wfm NChan NSamp VI讀取緩沖區中的采樣數據，再把采樣數據輸出到波形圖控件從而完成顯示，如圖4所示。

圖4 電壓信號采集及存儲

2.2 電流信號檢測

PXI-6238板卡可對-20mA—+20mA的電流信號進行檢測，可使用該板卡對電流型傳感器進行檢測。使用AI Current VI指定信號采集的物理通道及信號范圍，使用Sample Clock VI指定采樣率和緩沖區的大小。使用Analog 1D Wfm NChan NSamp VI讀取緩沖區中的采樣數據，再把采樣數據輸出到波形圖控件從而完成顯示，如圖5所示。

圖5 電流信號采集及存儲

圖6 脈沖信號采集及存儲

2.3 脈沖信號檢測

傳感器信號IO平臺實現了對編碼器脈沖信號的檢測。使用PXI-6281的ctr0產生20kHz的時基信號提供采樣時鐘，使用數字輸入VI指定輸入物理通道，如圖6所示。另外使用文件IO中的TDMS寫入VI將讀取的采樣值寫入到TDMS文件中。

2.4 頻率和脈寬信號檢測

PXI-6608板卡可對脈沖序列進行采樣、分析，能夠用于特殊傳感器檢測，如基于頻率和脈沖寬度的SF6密度傳感器。該傳感器的信號中頻率、脈沖寬度分別與SF6氣體的密度、溫度有關。LabVIEW編程中，使用PXI-6608的ctr2和ctr4作為兩個獨立的通道分別檢測脈沖序列的脈沖寬度和頻率，根據對應公式確定的關系，計算出對應實際密度和溫度值，如圖7所示。

圖7 頻率和脈寬信號檢測

2.5 RS485 信號檢測

PXI-8431/4可進行RS485信號的采集和模擬。檢測方法：上位機發送讀取指令序列，下位機(傳感器)上傳對應數據序列，上位機獲取數據序列中對應物理量的值，并在前面板顯示。程序實現上，使用VISA配置串口配置串口參數，如波特率、數據位、校驗位、停止位等，通過指令讀取傳感器上傳的數據，并按照通訊協議解析出實際物理值及顯示，如圖8所示。

圖8 微水傳感器信號檢測

3 結論

本測試系統是智能高壓開關設備機械特性測試系統的一部分，具有以下特點：

1)集傳感器信號檢測及模擬輸出、智能組件功能測試功能于一體，滿足傳感器及二次裝置進廠驗收、智能高壓開關廠內聯調及現場調試的需求。

2)基于傳感器信號檢測及模擬輸出技術，可與機械狀態監測IED的開關機械特性同步測試，可在缺少傳感器的情況下，測試狀態監測IED接收傳感器信號及數據處理功能。

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