移動式考核測試系統研制

焦開洲 高恒

摘 要：針對電源系統研制過程中存在的輸出信號不理想而無法回顧過程數據的問題，以及電源考核過程中存在的數據記錄不及時、精度不一致，并且連續考核過程費時費力，記錄有可能出錯等問題，提出開發一種移動式考核測試系統，該系統能夠實時采集試驗數據，并按統一精度、統一格式、統一規范自動存儲數據，極大地方便了數據分析查詢，同時提高了試驗過程質量管理能力。

關鍵詞：電源；LabVIEW；采集系統

中圖分類號：TP274；TN86? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）16-0046-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.16.012

0? ? 引言

電源系統研制過程中常出現IGBT炸裂、電容爆炸、輸出波形不理想等問題，遇到此類問題時，研究人員通常是通過理論計算或觀察功率分析儀實時數據，再結合自身經驗來分析解決。為保證系統的可靠性，電源系統研制出來后，需要168 h連續考核并確保合格后才能投入使用，且考核過程通常需要每2 h記錄一次試驗數據，試驗后通過數據分析電源系統性能。整個研制考核過程需要人工記錄數據，時常出現數據記錄不及時、不同人員數據記錄精度不一致等問題，并且連續考核過程需要倒班記錄數據，整個記錄過程費時費力，還有可能出錯。

針對電源研制開發考核過程中人工記錄數據導致的問題，本文基于LabVIEW虛擬儀器開發平臺設計了移動式考核測試系統。該考核測試系統具備以下五個功能：

（1）實現試驗數據的實時按自定義周期自動存儲，方便研制過程中回顧試驗數據，分析解決問題；

（2）實現所有試驗數據規范存儲，試驗數據按統一精度精確存儲；

（3）實現考核過程連續記錄數據，并通過按日期自建文件夾將數據分類，有利于數據的整理分析與歸檔；

（4）滿足多臺功率分析儀數據同時記錄需求；

（5）攜帶方便，滿足在不同試驗現場應用的需求。

1? ? 考核測試系統原理

移動式考核測試系統硬件部分主要包含兩個方面：工控機和高精度功率分析儀。其中工控機要求有以太網接口，可以進行Modbus TCP/IP通信。高精度功率分析儀也要求有以太網接口，并能進行Modbus TCP/IP通信，實驗室采用橫河WT1806e、WT5000等。

圖1所示為測試系統原理框圖，工控機與功率分析儀通過網線連接[1]。功率分析儀通過專用線纜連接電流鉗采集電源電流，通過線纜接入電源回路采集電源電壓[2]。工控機安裝LabVIEW2018軟件，LabVIEW是NI公司推出的一種圖形化程序開發環境，NI Max是一款測試軟件，用于配置LabVIEW與功率分析儀的通信地址并測試其能否正常通信，NI VISA提供了LabVIEW開發中所需要的控件庫，方便系統開發過程中進行調用[3]。

基于LabVIEW平臺開發考核測試系統，該系統通過Modbus TCP/IP通信協議與功率分析儀建立通信，通過VISA中的讀寫控件讀取功率分析儀中測量得到的數值[4]，并用字符串顯示控件將數值顯示到前面板上，同時根據試驗要求設置完成采集周期后，將采集到的數值實時分類存儲到Excel表格中[5]。

2? ? 考核測試系統軟件設計

考核測試系統軟件設計包含通信連接、數據采集與讀取、數據分類與存儲以及數據分析幾個部分。

2.1? ? 通信連接

基于LabVIEW平臺開發的考核測試系統通過TCP/IP協議與功率分析儀進行通信。在LabVIEW中，采用TCP節點來實現基于TCP協議的局域網通信，該節點在FUNCtiON/COMMUNICATION/TCP下[6]。該節點分為三個部分：

（1）連接節點：用于建立功率分析儀和上位機之間通信的連接，通過建立功率分析儀和上位機局域網來實現。

（2）傳輸節點：用于在功率分析儀和考核測試系統之間傳輸數據，通過在LabVIEW軟件程序中設置與功率分析儀一致的IP來實現。

（3）切換節點：用于計算機IP地址和計算機名稱間的切換。

功率分析儀與LabVIEW上位機通過連接網線建立TCP/IP連接，圖2列出了功率分析儀與LabVIEW上位機的通信連接流程。首先功率分析儀通過電源線連接到傳感器，采集電源系統的電壓、電流值，從而產生數據，并循環不斷寫入數據，上位機服務器連接到功率分析儀后，考核測試系統實時讀取功率分析儀中數據，并在前面板中循環不斷顯示數據。當關閉連接時，功率分析儀與LabVIEW上位機通信中斷[7]。

2.2? ? 數據采集與讀取

功率分析儀與LabVIEW上位機通信連接完成后，需要準確采集與讀取功率分析儀中的數據。通過NI VISA控件庫中的VISA寫入和VISA讀取控件來采集和讀取數據。按照功率分析儀程序中的語法規則，輸入相應的字符串到VISA寫入控件和VISA讀取控件，即可實現精確采集與讀取[8]。圖3表示部分數據采集與讀取的程序框圖，輸入字符串“：NUMERIC：NORMAL：NUMBER 255”，功率分析儀即可寫入前255個數據；字符串“1024”，表示系統讀取1 024字節數據。采用功率分析儀內部程序語法，結合程序框圖中VISA寫入和VISA讀取，通過設置精度實現考核測試系統數據精確采集與讀取。

如圖3所示，在程序框圖中加入延時語句，通過“運行周期”數值輸入控件輸入數值即可實現程序按規定時間采集和讀取。再將整個采集與讀取程序放進“While循環”結構框圖中，即可實現功率分析儀中數據的循環采集與讀取。

2.3? ? 數據分類與存儲

功率分析儀采集與讀取數據后，需要按日期將數據分類、存儲，該功能在考核測試系統軟件設計程序框圖中實現，如圖4所示。

由圖4可知，通過“格式化日期/時間字符串”控件得到當前年月日，通過連接字符串將輸入字符串變量“記錄人”與“.xls”和當前日期相連接，得到存儲的Excel表格的命名，例如當前日期為2022年9月2日，記錄人為張三，則存儲的Excel命名為“20220902張三.xls”，通過改變日期或修改記錄人，實現不同文件的分類。采用“創建路徑”控件創建相對路徑，實現Excel數據文件存儲到VI程序所在的文件夾中。

2.4? ? 數據分析

數據存儲到Excel表格中后，在程序框圖中設計程序提取表格中數據進行數據分析，可以顯示數據的實時波形，并實現數據查詢、諧波分析等。圖5所示為數據分析部分程序框圖。

3? ? 考核測試系統試驗

基于LabVIEW平臺開發了移動式考核測試系統，采用研華一體機作為上位機，內裝有LabVIEW2018軟件，實驗室采用功率分析儀WT3000采集電源系統試驗數據。圖6為考核測試系統試驗現場圖片，整個系統由上位機、功率分析儀、電源系統組成，通過功率分析儀實時采集電源系統電壓、電流數據，上位機實時讀取功率分析儀中數據，最后將數據分類存儲到Excel表格中，同時進行數據分析。

上位機前面板界面如圖7所示，界面顯示有6個通道，并列出了分析電源運行性能的幾乎所有數據，包括每個通道三相電壓、三相電流、三相電壓失真度，并顯示有功功率、無功功率、視在功率、功率因數和輸出頻率，這些數據全部分類存儲在Excel表格中。在功率分析儀和上位機局域網建立連接完成后，采用NI Max軟件配置LabVIEW與功率分析儀的通信地址并測試其是否能正常通信，然后點擊界面“通信協議”下拉，選擇通信IP地址，隨后設置“運行周期”，填寫“記錄人”，最后點擊界面運行箭頭，系統開始運行。存儲數據則需要點擊布爾控件“保存數據”，運行數據保存在“保存路徑”方框文件路徑中。

數據分析界面如圖8所示，采集系統可以根據實際需求，對電壓、電流、電壓失真度等進行數值分析。通過試驗可知，考核測試系統完整記錄分析了電源考核過程中的試驗數據，為分析電源系統性能提供了保障。

LabVIEW上位機與功率分析儀集成在移動小車中，移動方便，極大地方便了電源系統各個輸入/輸出量的測量。移動式電源考核測試系統可以應用于專用電源研制的各個環節，方便顯示、記錄、存儲與分析數據，為研制高性能專用電源提供了數據支持，提高了專用電源系統研制效率。

4? ? 結論

本文在分析移動式考核測試系統原理的基礎上，重點研究了系統的軟件設計，包括通信連接、數據采集與讀取、數據分類與存儲以及數據分析等，并進行了試驗測試，試驗表明，系統能夠穩定運行。

移動式考核測試系統實現了試驗數據的實時自動存儲，能夠記錄試驗中的過程數據，便于分析解決問題，并實現試驗數據按自定義周期存儲，能在考核過程中按一致精度連續記錄數據，并通過按日期自建文件夾將數據分類，有利于長時間考核過程中整理、分析與歸檔數據，而且攜帶方便，滿足在不同試驗現場應用的需求。

[參考文獻]

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[7] 肖豐霞，閆廷光.基于LabVIEW的數據采集與信號處理系統[J].信息技術與信息化，2014（12）：112-113.

[8] 王昆.基于Labview的數據采集與信號處理系統設計與實現[J].電子設計工程，2018，26（15）：94-97.

收稿日期：2023-04-26

作者簡介：焦開洲（1989—），男，湖北大冶人，碩士研究生，工程師，研究方向：專用電源研制。

高恒（1989—），男，河北昌黎人，工程師，研究方向：專用電源研制。