基于LabVIEW與PCI-1712L的變壓器測試系統

0引 言

　　當前國內對電力變壓器的性能測試基本上仍處于手工測量的階段，每項性能指標都由的儀器進行測量，很多測試項目仍采用一些指針式儀表，存在讀數誤差大、費工、耗時，功能簡單等問題，測量的重復性、可信度較差。虛擬儀器的出現有效的解決了這一問題，所謂虛擬儀器就是利用現有的計算機，加上特殊設計的儀器硬件和軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的低價的新型儀器。在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統的關鍵。軟件對硬件采集的數字信號進行加工、分析，得到各種所需要的信息。 本文采用研華公司的PCI-1712L高速數據采集卡及其為LabVIEW定制的Advantech DA&C工具包，結合LabVIEW成功地開發出一套變壓器測試系統。

1變壓器測試系統

1.1系統原理及功能

　　用于變壓器空載／帶載的輸入／輸出電壓、電流的測試，可以完成變壓器常規實驗系統，可以實現自調壓、數據測量、分析、實時顯示、保存及打印功能。電流、電壓信號經過互感器后轉換為標準信號，通過數據采集卡采集后，系統判斷其區間范圍，通過串口與CPLD進行通信來選擇具有合適量程的電流和電壓互感器，從而提高系統的測量精度。

1.2系統結構 測試系統的結構框圖如圖1所示。

2測試系統的硬件設計

　　電壓互感器：采用VSM型系列霍爾電壓傳感器，能在電隔離條件下測量交流，脈沖以及各種不規則波形的電壓。

　　電流互感器：采用6個不同量程的CSM系列霍爾電壓傳感器，CSM025B、CSM050B、CSM100B、CSM200B、CSM300B。

　　數據采集卡：PCI-1712L是研華公司的一款功能強大的高速多功能PCI總線數據采集卡。它有1M轉換速度的12位A／D轉換器，卡上帶有FIFO緩沖器（可存儲lK A／D采樣值和32K D／A轉換數據）。PCI-1712L提供16路單端或8路差分的模擬量輸入（也可單端差分混合使用），2路12位D／A模擬量輸出通道，16路數字量輸出通道，以及3個10 MHz時鐘的16位多功能計數器通道。采集方式包括輸入預觸發、過觸發、延時觸發等數據采集方式，模擬輸入通道通道可以進行獨立編程增益控制，端子板選用研華公司配套的ADAM-3968。

　　CPLD：采用altera公司的MAXII系列的EPM1270CPLD，包含1270個LE相當于40K門數，980個等效宏單元，8K用戶可用Flash比特數。

3測試系統的軟件設計

3.1軟件功能

　　自調壓測試系統軟件結構圖如圖2所示。

3.2數據采集

　　研華公司不僅為LabVIEW編程開發了的VI工具包，并且提供了豐富的實例程序，利用其Advantech DA&C工具包，可以快速地開發出數據采集模塊。

　　設置參數如下：觸發源，觸發模式，時鐘源，觸發邊緣，信號源類型，采樣通道，采樣開始通道，采樣個數，采樣頻率，通道增益；以上可以根據實際測試的硬件配置和需求進行設置。

3.3數據測量及頻譜分析

　　LabVIEW擁有強大數組分析和數據處理功能，測量參數值包括交流有效值，直流分量，有效值，占空比，上升時間，下降時間，過沖，峰峰值，zui大值，zui小值。運用LabVIEW提供的信號處理工具包，可以快速對采集的波形數據進行FFT功率譜密度分析。

3.4數據判斷

　　對采集到的電流、電壓值大小進行區間判斷，并發出控制信號給CPLD，選擇相應的電流電壓互感器，提高系統的測量精度。為進一步提高準確性，在判斷前，利用防脈沖干擾平均值濾波的原理對采集到的電流、電壓數據進行濾波。用一個for循環將某一通道采集的數據變成一為數組，數組的長度可以自己定義，假設系統中定義為N，即將通道采集的N個數據進行判斷，去掉zui大值和zui小值，將剩下N-2個數據進行算術平均，即得到一次有效的采樣值。運用LabVIEW數組工具包中的Array Max & Min，Delete From Array以及mean．vi即可完成對采集數據的軟件濾波。

　　由于電流、電壓判斷的區間較多，用LabVIEW實現起來略顯繁瑣，因此本文采用C語言與Lab-VIEW相互結合的方法實現。先在Visual C++中編寫判斷程序并生成dll文件，然后通過Lab-VIEW中的代碼接口點（Code Interface Node）調用，即可實現該功能，事實證明，這是一種、易行的方法。C語言部分程序代碼原理如下：

 
　　中Singal為CIN接口的輸人參數，及采集、濾波后的電流信號，pattern為CIN接口的輸出參數，及控制信號，通過串口直接寫入到CPLD，從而選擇相應的電流或電壓互感器。

3.5串口通信

　　LabVIEW不僅在儀器I／O中，專門提供了串口通信的Ⅵ，而且提供了串口范例以加快開發速度。首先通過VISA Configure Serial Port．vi進行相應的串口配置，通過VISA write．vi將控制信號寫入串口與CPLD通信，zui后用VISA dose.vi關閉串口。

3.6顯示、打印及保存

　　LabVIEWzui吸引人的特性是對數據的圖形化顯示有豐富的支持，強大的圖形顯示功能增強了用戶界面的表達能力，通過這些豐富的圖標控件，工程師們無需再為復雜的界面編程花費大量精力。Graph控件對已經采集到數據進行數據處理，根據實際要求將這些數據組織成所需的圖形。測試系統軟件的前面板的波形顯示采用Graph控件，如圖3所示。通過設置前面板菜單文件-VI屬性一類別打印選項即可將打印出前面板中的波形。

　　LabVIEW提供的強大的文件I／O函數是一組功能較強的文件處理工具，可以滿足不同的文件按操作要求。為了滿足不同數據的存儲格式和性能要求，LabVIEW提供了多種文件類型。用戶可以采用文本文件（text files）、表單文件（spreadsheet）、二進制文件（binary files）、數據記錄文件（data-log files）、波形文件、LabVIEW測試文件等格式將所采集到的數據進行存儲，用戶可以使用電子表格或文本編輯器打開查看。本測試系統采用的是表單文件，可以用Microsoft Excel打開。

4結 論

　　該測試系統應用LabVIEW在測試儀器開發突出的特性，配合第三方板卡，使得LabVIEW的應用更加寬廣，更加靈活，驗證了"軟件即儀器"這一虛擬儀器的宗旨。該測試系統原型機已經投入到實際生產測試中，效果良好。