電纜導通絕緣智能化測試設備設計

葛 勇，王 軍，方詩麟

（上海機電工程研究所，上海 201109）

0 引言

電纜的導通電阻和絕緣電阻是電纜的重要性能，關系到電纜傳輸信號的質量及使用的安全性。傳統的測試方法是使用手搖式兆歐表點對點測量，不僅測量誤差大，接線繁瑣，工作量大，而且測試結果無法自動保存、分析和打印輸出[1]。現代工程生產中電纜數量成千上萬，要求能快速完成電纜的性能測試，高效交付用戶使用。

本文介紹了一種智能化電纜測試設備，測試前定義被測電纜的芯線和導通絕緣指標要求后，能夠自動測試、自動判別結果的符合性，并可導出測試結果。

1 系統工作原理

系統由主測試設備和輔助測試設備共同組成，輔助測試設備用于導通測試時配合主測試設備。系統概念圖如圖1所示。

圖1 系統概念圖

在進行導通測試時，被測電纜通過適配電纜連接在主測試設備和輔助測試設備之間。根據系統命令，將主測試設備和輔助測試設備里的繼電器動作到相應的被測芯線上，與適配電纜構成待測電阻Rx。將這一電阻放在恒流源電路上，利用AD采樣芯片采到電阻兩端的電壓，即可算出電阻值。

在進行絕緣測試時，不需要輔助測試設備，只需將待測電纜通過適配電纜連接到主測試設備上。根據系統命令，將繼電器動作到被測的兩根芯線上，兩根芯線間形成一個很大的絕緣電阻Rx就是待測電阻。將這一電阻放在500 V高壓下，利用AD芯片采集某兩處節點電壓。采用電壓比較法計算出絕緣電阻的值。

2 硬件設計

系統硬件框圖如圖2所示，主要由測試控制主板，導通測試電路，絕緣測試電路和繼電器控制電路等組成。

圖2 系統硬件框圖

PC主機是一個Windows XP操作系統，帶有液晶顯示屏、網口、鍵盤/鼠標和USB口等。測試控制主板與PC主機通過串口連接，在硬盤中拷入系統軟件程序，程序控制測試控制主板選擇進行導通測試還是絕緣測試。測試控制主板根據溫度感應判斷是否啟動風扇給主機降溫。

2.1 導通測試電路設計

導通測試電路原理圖如圖3所示。

圖3 導通測試電路原理圖

電壓 VCC 是一個 5 V 的電壓；KA1、KA2、KC1、KC2等均為繼電器，這些繼電器受測試控制主板控制開啟或閉合；恒流源I是讓電路上的電流恒定；回線電纜是固定長度的5芯線電纜，包含正電壓、地、RS485通訊正、RS485通訊負和回線，回線的電阻是固定的，回線與被測電纜線組成一個等效電阻Rx；RL為可變電阻，根據Rx的大小自動調整，保證AD（模擬信號轉數字信號）芯片采集的電壓在一個合適的值上。其等效電路如圖4所示。

圖4 導通測試電路等效電路

AD芯片采集到電壓U1，根據公式Rx=U1/I計算出Rx的值，減去適配電纜和回線電纜的固定電阻，得到被測電纜的導通電阻值。

2.2 絕緣測試電路設計

絕緣測試電路原理圖如圖5所示。

圖5 絕緣測試電路原理圖

高壓 U 在 500 V ～ 600 V 之間，K、KA1、KA2、KB1、KB2等均為繼電器，這些繼電器受測試控制主板控制開啟或閉合。R1、R2和R L為已知電阻，Rx為芯線之間或芯線與外殼之間的虛擬的等效絕緣電阻。其等效電路如圖6所示。

圖6 絕緣測試電路等效電路

當要測量某兩芯線之間的絕緣電阻時，如圖5要測量第一根和第二根芯線的絕緣電阻，則將繼電器K和KA1、KB2閉合，形成等效電路，利用公式

（V1、V2為采集到的電壓，R1、R2和RL為已知）

計算出Rx的值，即為絕緣電阻值。

3 軟件及測試設計

根據系統功能要求，在VC++平臺上進行系統的軟件開發，設計了系統的程序。

程序分為主測試程序和輔助測試程序。輔助測試程序接收主測試儀的操作命令，并依據主測試設備的命令來切換繼電器。主測試程序分為上位機程序和下下位機程序，上位機程序流程圖如圖7所示，軟件界面如圖8所示。下位機程序包括單點號導通測試程序和兩點間絕緣測試程序，主要依據上位機程序命令調用相應程序進行測試。

圖7 系統軟件流程圖

圖8 測試軟件主界面

點擊“電纜表”，可對電纜的名稱、型號、芯點定義名稱、導通要求指標、絕緣要求指標等進行設置，即電纜芯線及指標要求定義，定義好后可保存在系統中。

點擊“測試配置”，選擇本次測試要進行的測試點號或測試選項（導通測試和絕緣測試），默認為全選，即所有的點號全部進行導通和絕緣測試。

點擊“開始/暫停”測試按鈕，即開始進行電纜測試，界面顯示進度條以及進度百分比。測試過程中，若結果超出指標要求，則在故障列表中顯示。

點擊“查看測試報表”，在word界面中查看測試的結果，當結果不合格時顯示紅色。

對某機器中實際電纜進行測試，選擇一根電纜作為被測電纜，將被測電纜通過適配電纜與設備連接好后，打開主程序進行測試。測試設備見圖9所示，測試結果表見圖10所示。

圖9 設備圖

圖10 測試結果表

4 結束語

本文主要研究了一種智能化電纜測試設備，對其硬件和軟件的設計進行了詳細的介紹。該設備使用簡單，具有人機交互界面，測試結果準確、速度快，有效解決了傳統測試方法帶來的諸多問題，提高了工程生產的效率[2-3]。