面向?qū)ο笾悄茈姳砀叩蜏刈詣?dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫應(yīng)軍 鄭雷 廖向華 李開慧 王成龍

摘要：隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，國(guó)網(wǎng)對(duì)面向?qū)ο笾悄茈姳淼男阅芤笤絹碓礁撸瑢?duì)面向?qū)ο箅娔鼙磉m應(yīng)不同環(huán)境的能力提出了更高的要求，針對(duì)面向?qū)ο箅娔鼙砀叩蜏貙?shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備效率低下，手動(dòng)接線與人工記錄數(shù)據(jù)工作量大等瓶頸，本文介紹了一種高低溫自動(dòng)化測(cè)試的解決方案。利用計(jì)算機(jī)通信和控制技術(shù)、研制了電能表高低溫實(shí)驗(yàn)的接線、控制與數(shù)據(jù)輸出于一體的測(cè)試設(shè)備，在保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的前提下提升了高低溫實(shí)驗(yàn)工作效率，節(jié)省人力成本，達(dá)到了提高電能表高低溫實(shí)驗(yàn)效率低下及減少測(cè)試?yán)速M(fèi)的目的。

Abstract： With the construction of smart grids， the performance requirements of the object-oriented smart meters of the State Grid are getting higher and higher， and higher requirements are placed on the ability of object-oriented energy meters to adapt to different environments. For the bottleneck of Long test times for high-low temperature experiments on object-oriented energy meters， equipment inefficiency， huge workload of manual wiring and manual recording of data and others， this article describes a high and low temperature automated testing solutions. Utilizing computer communication and control technology， we have developed test equipment that integrates the wiring， control and data output of the high-low temperature experiments of the electric energy meter， which improves the work efficiency of high-low temperature experiments while ensuring the accuracy of the test results， saving labor costs and reached the goal of improving the efficiency of high and low temperature test of the electric energy meter and reducing test waste.

關(guān)鍵詞：智能電表；高低溫；自動(dòng)化；測(cè)試

Key words： smart meters；high-low temperature；automation；test

中圖分類號(hào)：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）31-0148-03

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)在科學(xué)突飛猛進(jìn)的今天發(fā)展迅速，不僅要求工業(yè)設(shè)備改進(jìn)、工作效率提高，還對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性要求越來越高。無論是軍工、汽車、還是各類電子產(chǎn)品，其元件、部件、設(shè)備等產(chǎn)品的應(yīng)用日益廣泛，所經(jīng)歷的環(huán)境條件也更加的多元化和復(fù)雜。因此這些產(chǎn)品都需要進(jìn)行老化和測(cè)試，其中溫度測(cè)試便是重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品高低溫試驗(yàn)便是模擬這樣的環(huán)境。然而由于高低溫測(cè)試時(shí)間跨度長(zhǎng)，測(cè)試時(shí)需要對(duì)每個(gè)溫度點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這樣會(huì)存在測(cè)試效率低下的問題，如何避免這些浪費(fèi)，提高高低溫測(cè)試的效率是各個(gè)電表廠家需要考慮的問題。現(xiàn)在高低溫箱雖然可以通過程序設(shè)定來控制其在不同溫度點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間，但是仍然不能解決測(cè)試效率低下、測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄的問題，因此必須通過設(shè)計(jì)高低溫自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)來解決人員浪費(fèi)與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)抄讀的問題。

針對(duì)上述情況，我公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過半年多的市場(chǎng)調(diào)研和需求分析，開發(fā)設(shè)計(jì)了一套集電能表[1]在高低溫環(huán)境下時(shí)鐘誤差、計(jì)量誤差[2]、RS485通訊、載波通訊于一體的測(cè)試設(shè)備，其測(cè)試范圍包括IR46單相電能表和三相電能表。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電能表高低溫自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由可調(diào)交流電源、壓接式接線設(shè)備、切換線路控制設(shè)備、PC數(shù)據(jù)處理（上位機(jī)控制軟件）、RS-232、數(shù)據(jù)顯示[3]、按鍵控制組成。

下面對(duì)各個(gè)電路模塊做簡(jiǎn)要介紹：

電源模塊：為測(cè)試電能表在不同諧波影響下的計(jì)量誤差，所選用的可調(diào)交流電源的三相電壓和電流可同時(shí)設(shè)定相同的諧波分量，也可分別設(shè)定某一相或幾相。電源具備輸出功率穩(wěn)定，輸出電壓電流頻率可調(diào)的功能，滿足電能表對(duì)誤差測(cè)試的要求。

壓接式接線設(shè)備：用于固定被測(cè)電能表，且將每只電能表的時(shí)鐘、脈沖、485線串行引出接入對(duì)應(yīng)的測(cè)試設(shè)備。

切換線路控制設(shè)備：用于控制被測(cè)樣機(jī)的電源、時(shí)鐘、脈沖、485信號(hào)，同時(shí)顯示當(dāng)前被測(cè)電能表的具體位置。

上位機(jī)控制軟件：為整個(gè)測(cè)試裝置的核心，該軟件同時(shí)控制7路串口，這7路串口分別為電源控制口、脈沖線控制口、時(shí)鐘線控制口、時(shí)鐘校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)讀取口、誤差測(cè)試儀數(shù)據(jù)讀取口、切換線路設(shè)備控制口、高低溫箱溫度調(diào)節(jié)控制口。上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)控制高低溫箱、交流電源、切換線路部分、同時(shí)上位機(jī)讀取時(shí)鐘誤差和計(jì)量誤差，數(shù)據(jù)讀取完成后自動(dòng)切換到下一個(gè)測(cè)試表位。

2 壓接式接線和切換線路設(shè)備

壓接式接線設(shè)備，采用耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)的不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用于固定被測(cè)電能表，在壓接式接線設(shè)備的內(nèi)部每只電能表的電流、脈沖、時(shí)鐘、485在內(nèi)部串聯(lián)，電壓線單獨(dú)引出。

切換線路控制設(shè)備硬件主要由數(shù)據(jù)處理器、串口控制、脈沖切換、時(shí)鐘切換，表位顯示、表位切換、聲光報(bào)警組成。上位機(jī)軟件通過串口控制切換線路部分來控制表位切換、脈沖切換、時(shí)鐘切換。切換線路控制部分設(shè)計(jì)有表位顯示和聲光報(bào)警；表位顯示采用七段數(shù)碼管設(shè)計(jì)，顯示當(dāng)前被測(cè)樣機(jī)的位置；聲光報(bào)警具有自檢功能，上電或測(cè)試過程中，檢測(cè)各功能模塊連接與輸出，異常時(shí)給出提示或報(bào)警。CPU選用端口引腳多、端口配置靈活、外設(shè)資源豐富的CP3268芯片[4]。該芯片可用端口多達(dá)70個(gè)，4路異步通訊接口、3個(gè)IIC總線接口、2個(gè)SPI接口、12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、4個(gè)外部中斷、系統(tǒng)時(shí)鐘可達(dá)100M，功能較強(qiáng)，完全可以滿足該切換線路的設(shè)計(jì)要求。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 上位機(jī)軟件

本軟件是為了滿足公司面向?qū)ο箅娔鼙砀叩蜏刈詣?dòng)化測(cè)試需求而開發(fā)的，為滿足各地送樣測(cè)試要求，系統(tǒng)需要兼容不同的測(cè)試方案，還需要能夠各自靈活配置。通過對(duì)被測(cè)樣機(jī)的測(cè)試方案、測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行配置后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)設(shè)定的測(cè)試項(xiàng)目和方案進(jìn)行測(cè)試，軟件開發(fā)完成后的基本信息設(shè)置界面如圖3所示。

4 測(cè)試方法

①將受測(cè)樣機(jī)接到壓接式接線設(shè)備中并置于高低溫箱中，按照規(guī)定的接線方式將高低溫箱、PC機(jī)、切換線路設(shè)備、接線設(shè)備連接；然后給各個(gè)設(shè)備上電，上電后檢查切換線路控制設(shè)備顯示表位為“00”。

②啟動(dòng)上位機(jī)軟件，設(shè)置高低溫箱在不同溫度點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間，然后上位機(jī)軟件控制啟動(dòng)高低溫箱，并使高低溫箱在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的溫度點(diǎn)運(yùn)行，然后使高低溫箱在當(dāng)前設(shè)定的溫度點(diǎn)運(yùn)行設(shè)定的時(shí)間后保持溫度恒定。

③通過上位機(jī)軟件，依據(jù)被測(cè)樣機(jī)基本信息，設(shè)置交流電源基本參數(shù)，使之輸出適合被測(cè)樣機(jī)的電壓、電流、電表常數(shù)、功率因數(shù)等運(yùn)行條件，保證被測(cè)樣機(jī)在特定的輸入條件下運(yùn)行。

④待高低溫箱在設(shè)定的溫度點(diǎn)運(yùn)行設(shè)定的時(shí)間后，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)受測(cè)樣機(jī)的時(shí)鐘誤差、計(jì)量誤差、485通訊成功率，載波通訊成功率和高低溫條件下的走字進(jìn)行測(cè)試，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

⑤待第一只樣機(jī)測(cè)試完成后，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)控制切換線路設(shè)備將表位切換到下一只被測(cè)樣機(jī)，以此類推直到對(duì)每只被測(cè)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試并保存測(cè)試記錄。

⑥測(cè)試完畢，上位機(jī)軟件會(huì)自動(dòng)切斷其他設(shè)備的供電電源，然后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)生成測(cè)試報(bào)告。

5 測(cè)試結(jié)果分析

電能表高低溫自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)[5]經(jīng)過1年試運(yùn)行，在實(shí)際使用過程中，隨機(jī)抽取一組測(cè)試樣機(jī)，然后將該樣機(jī)用傳統(tǒng)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，將兩次測(cè)試結(jié)果做對(duì)比，時(shí)鐘誤差對(duì)比結(jié)果如表1所示，計(jì)量誤差測(cè)試結(jié)果如表2所示，從表1、表2可以看出，兩種測(cè)試方法所得測(cè)試結(jié)果無太大差別，完全符合國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)誤差的要求。

6 結(jié)論

隨著產(chǎn)品對(duì)可靠性的要求越來越高，文章設(shè)計(jì)并搭建了電能表高低溫自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)環(huán)境，并編制了詳細(xì)的測(cè)試方法和檢測(cè)項(xiàng)目，使高低溫測(cè)試人員由原來的4人減少到1人，同時(shí)在測(cè)試過程中自動(dòng)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，基本滿足了高低溫自動(dòng)化測(cè)試的需求。該套設(shè)備已經(jīng)在我公司運(yùn)行1年半，各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)均控制在較好的誤差范圍內(nèi)，能夠滿足公司產(chǎn)品高低溫測(cè)試的需要，且對(duì)提高高低溫箱設(shè)備的利用率，減少測(cè)試?yán)速M(fèi)起到了關(guān)鍵作用，取得了較好的效益，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]宗建華，閆華光，史樹冬，等.智能電能表[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010：21-28.

[2]張有順，馮井崗.電能計(jì)量基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2002.

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[5]李紹炎，鐘健，熊偉堂.自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)原理及節(jié)拍優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，7（1）：22-24.