继电器操作故障模拟装置的虚拟仪器测试方法研究（仅供参考）.doc

窗体顶端继电器操作故障模拟装置的虚拟仪器测试方法研究（仅供参考）摘要继电器动作特性参数是其非常重要的一项基本参数,本文基于虚拟仪器技术,以图形化编程软件LabVIEW为开发平台,开发了继电器动作特性测试程序,对继电器操作故障模拟装置进行可靠性检测,具有开发周期短、界面友好、操作简单的优点.关键词 继电器 故障模拟装置 虚拟仪器 LabVIEWResearch on the measurement system of simulator of operation fault based on virtual instruments technologyHe Huiying1 Zhang Xian1 Fu Lanfang1 Fu Shaobo1Academy of Military Transportation Tianjin 300161)Abstract The parameters of dynamic characteristic of relay are very important. In this paper, based on virtual instrument technology, the measurement system of dynamic characteristic of relay based on LabVIEW graphical programming environment was developed.And it applied in the reliability measurement of simulator of operation fault. This system is excellent for short cycle of development and friendly interface and simple operation.Key words Relay Simulator of operation fault Virtual instrument LabVIE0 引言继电器在国民经济各领域内,特别是在国家重点军事工程中占有重要的地位,其可靠性直接影响到这些领域的发展,所以继电器可靠性正越来越受到学术界、工业界等领域的重视.对于继电器来说,能否准确及时地通断是判断其可靠性的重要指标,触头间的断开和闭合以及接触状态的好坏可以通过分析触头两端的电压来获得1,这也是大多数继电器可靠性试验装置的重要测试项目.继电器检测方法发展概况随着科学技术的不断发展,为保障继电器的可靠性,基于不同的继电器检测方法,研制出了多种继电器可靠性试验装置,继电器检测方法也发展为多种.最早的试验方法是采用链式线路,通过继电器控制线路这样的中间环节来实现,也称为继电器控制系统.这种线路接线多且复杂,体积大、功耗大,系统一旦确定,则不易改变或增加其功能.另外,每支继电器触点数目有限,因此灵活性和扩展性很差.同时又不具备智能控制,分析出故障的被测试品比较麻烦2.随着电气设备日新月异的发展,PLC(可编程序控制器)控制方式逐渐取代了链式线路,它采用存储器逻辑,用户通过编制类似继电器线路的梯形图程序来实现控制功能.PLC中每支软继电器的触点数目在理论上无限制,因此其灵活性和扩展性很好.同时还具有稳定可靠、抗干扰能力强等优点,因此应用领域非常广阔.但也有其不足之处,如人机界面不够友好等3.另一类可靠性试验装置采用计算机控制技术,基于工控机(简称IPC,全称Industrial Personal Computer)硬件平台.几年来,经过市场的考验和挑选,PC总线工控机逐渐成为工控机市场发展的主流,它具有抗恶劣环境、结构扩充性能好、各种I/O设备配套齐全以及软件和硬件总线标准与通用PC完全兼容、性能价格比高、为广大技术人员熟悉和认可等诸多技术性能和市场优势,PC总线也成为了工控机范畴内一个重要的总线类型,代表了工控机技术的发展方向和未来趋势.本文的研究对象就是以PC总线工控机为硬件核心构成的虚拟仪器测试系统.对继电器的可靠性软件测试平台也有很多,如用汇编、VB、VC等文本编程语言集成系统,用户必须熟悉这些语言复杂的应用,这就对一般工程人员提出了更高要求.而基于虚拟仪器技术以LabVIEW图形化编程语言集成的继电器测试系统象画流程图一样将程序画出来,且界面更生动灵活、性能可靠,突出了图形化编程语言的优势,能有效地降低生产成本和缩短开发周期.继电器操作故障模拟装置本实验测试对象为继电器操作故障模拟装置,此装置可以说就是一个广义范围上的继电器,在模拟继电器工作时,可在规定的时间产生一个预定的失效周期.可将继电器操作故障模拟装置的输入输出同其他待测继电器一起置于继电器可靠性检测装置上,作可靠性检测的试验,用于检测继电器检测装置的可靠性,这就要求制作出的继电器操作故障模拟装置,成本低廉,功能齐全,性能稳定,使用方便.图1 继电器操作故障模拟装置继电器操作故障模拟装置(如图1)可模拟继电器线圈和触头的动作情况,并在预定的时间产生误动作,模拟继电器的接触故障(如接触不良等).该装置应具备以下基本功能:可以准确判断线圈电路的通断电状态,并触发相应机构动作,模拟正常情况下继电器的工作状态;可以准确记录装置处于工作状态时的动作次数;可以在预定的时间,按规定的电平输出相应的电压,该电压是继电器检测装置检测继电器可靠性的一个重要参数,从而达到模拟继电器接触故障的目的.虚拟仪器介绍虚拟仪器概念4虚拟仪器(Virtual Instruments,简称VI),是美国国家仪器公司(National Instruments Corp.简称NI)基于软件即是仪器的核心思想于1986年提出的全新概念.即在以计算机为核心的硬件平台上,测试功能由用户自定义、由测试软件实现的一种计算机仪器系统.其实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式表达输出结果;利用I/O接口设备完成信号的采集与控制;利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理,从而完成各种测试功能的一各计算机测试系统5.构成虚拟仪器的硬件平台有两部分:(1)计算机:一般为一台PC机或者工作站,它是硬件平台的核心.(2) I/O接口设备:主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换.可根据实际情况采用不同的I/O接口硬件设备,如数据采集卡/板(DAQ)、GPIB、PXI、VXI总线仪器模块、串口仪器等.虚拟仪器软件由两大部分构成:(1)应用程序:它包含两个方面的程序:实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定义仪器测试功能的流程图软件程序.(2) I/O接口仪器驱动程序:这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信.目前已经有多种虚拟仪器的软件开发工具,大体可分为两类:文本式编程语言:如C、VC+、VB、Labwindows/CVI等.图形化编程语言:如LabVIEW、HPVEE等.其中LabVIEW应用最广.本检测系统软硬件组成测试系统以工控机为控制中心,配合一系列的外围电路组成.采用研华PCL-818HG采集卡控制线圈电压变化同时监测触点动作状态.研华PCL-818HG采集卡为12位内插式ISA总线多功能高增益数据采集卡,16路单端AI、1路AO、16路DI/O,性能稳定且带LabVIEW驱动.PCL-818HG的数字量输出控制电动调压器的正反转实现继电器线圈电压的渐增/减变化,当达到吸合/断开电压值时,继电器触点吸合/断开,由PCL-818HG的模拟输入通道实时采集线圈电压、用数字输入通道监测触点动作状态.用数据流语言LabVIEW做好的程序称作一个VI,由前面板和程序框图构成,前者即用户界面相当于仪器面板,由各种控件和显示件组成; 后者是以图形表示的LabVIEW程序源代码,由若干个节点、数据端口和连线组成,是实现仪器功能的程序实体.LabVIEW作为数据流语言,与控制程序语言(如Basic、C)的逐步执行不同,它是当且仅当节点的所有输入端口的数据全部到达时,才被执行.因此又可以多个节点同步执行,即实现了并行,提高了程序的执行效率.在LabVIEW环境下安装PCL-818HG驱动后,即在功能模板的用户自定义中增加了相应的节点,用户即可使用这些节点来直接驱动板卡从而实现采集和控制,用功能模板中的功能节点可很方便地进行编程.本程序用DioWritePortByte.vi节点控制电动调压器的正反转实现线圈电压的升降控制,用DioReadPortByte.vi实时读取各触点状态,并以图形化的形式在仪器面板上显示.当程序检测到任一触点发生状态改变或用户手动按下保存数据按钮时,事件结构就会触发保存程序执行,即按用户输入保存路径将实验数据以文本、word或excel格式保存(用户只需确定文件的后缀,如.txt、.word、.excel),以方便用户在线或离线对数据进行分析.测试实验及数据分析运行测试程序,在仪器面板上进行驱动电压参数设置(如驱动电压值5V;工作频率0.5Hz;占空比50%),然后点击开始测试按钮运行程序,输出模拟继电器线圈电压以驱动继电器触头动作,同时驱动继电器操作故障模拟装置输出相应的的触头压降及端电压.测试界面如图2.图2 测试界面在此界面上,第一个波形对应驱动线圈电压,下面两个波形对应模拟常开/常闭触头电压.界面中波形出现变化的部分,即工作次数为36次(对应时间为70.172s)的周期是一个失效周期,可以看出此失效周期与正常周期的波形差异,检测到的模拟常开/常闭触点的输出均为失效状态的设置电压值.在图2参数设置情况下,运行测试系统,采集到继电器操作故障模拟装置的常开、常闭触点压降值的变化,部分参数见表1.表1 继电器操作故障模拟装置运行数据工作次数 000031 000032 000033 000034 000035 000036 000037 000038常开电压 0.054 0.052 0.046 0.057 0.049 1.508 0.051 0.061常闭电压 4.989 5.005 4.991 5.001 4.990 4.014 5.000 4.993由表1可看出,继电器操作故障模拟装置按照测试系统的驱动控制要求动作,常开常闭触点输出压降与设定数据一致,测量结果在一定范围内存在误差,上述测试数据的平均误差计算如下:通过反复测试,取某次测试结果的100组数据进行计算,得出此次电压采集的平均误差为1.75mV,而本测试系统的精度要求为1mV.考虑到继电器操作故障模拟装置本身硬件电路、测试系统线路等造成的误差,可得出测试结果符合实验要求的结论,也验证了本继电器测试系统的可靠性.结论继电器动作特性参数测试通常都集成在继电器可靠性试验装置中,本文以LabVIEW8.0为软件平台开发了继电器测试系统,监测继电器的动作情况,验证其可靠性,成为继VB、VC等大多文本编程语言开发平台后的又一种继电器可靠性图形化开发平台,在继电器性能测试中得到了很好的应用.本文作者创新点:用继电器操作故障模