labview电能表测试.doc

The Challenge:将多种类型的模拟电压、电流信号的数据采集与RS232通讯、RS485通讯、38k调制红外通讯，以及多种复杂信号的切换等功能高度集成，并用软件实现对以上信号的分析和处理。其中，在使用过程中通过网络服务器编辑不同的测试方案，完成各类型电能表产品的测试，最终将采集的各项数据保存到服务器，从而实现了工厂FIS系统（FIS：Factory Information System，即制造现场管理信息系统）的数据分析统计，大幅度提升了测试效率，实现测试过程的自动化和通用化、有据可查。 The Solution:采用NI公司的PCI数据采集模块，实现信号的产生、采集、切换和控制。使用NI公司的图形化编程软件LabVIEW进行测试过程的控制、数据的分析处理和用户操作界面的编程，配合USB转5路可编程串口进行RS232通讯、RS485通讯和38kHz调制红外通讯，从而实现了气动控制压具通讯的并行测试，最红完成了灵活、高效的自动化测试系统。注：PCI板卡具有低成本、高性价比的优势，节约投入资金。 利用NI公司的虚拟仪器软硬件平台，在短时间内开发出了功能强大、高效、通用的自动化测试系统平台。给生产线产品的自动化测试带来了飞速提升。NI公司的虚拟仪器必将会更广泛的应用到各行各业。介绍： 旧的测试方法是采用万用表配合目测的方法测量电能表的电压、电流，而电能表的通讯测试则需要以逐一的方式进行，此种方法存在测试效率低、可靠性差、数据真实性差、生产周期长等问题，因此急需设计一种新的测试系统来进行改善。新的测试系统充分利用了NI公司的虚拟仪器平台，选择适当的硬件模块对各种输入、输出信号进行采集，利用LabVIEW图形化的开发环境，通过编程实现对测试过程和步骤进行自动化控制，对测量数据进行分析和自动判断，显著地提高了测试效率和可靠性，为工厂FIS系统的数据采集奠定了基础。1电子式电能表的测试需求和测试工作原理某型号的电能表工作原理如下图1，电能表工作时，电压、电流信号经取样电路分别取样后，送入专用电能芯片进行处理，并转化为数字信号后由CPU进行计算，从而达到计量的目的。其中，计量过程中CPU通过RS485、红外接口与其他设备进行通讯与数据传输。图1电能表工作原理根据电能表的工作原理，对测试系统的基本要求如下：1） 提供多路直流稳压电源，进行多路交流信号的采集，为电能表提供工作电源、采样信号，并模拟电表运行；2） 通过红外、RS485通讯适配器对电能表通讯功能进行检测；3） 可采集电能表所有的工作电压；4） 可自动控制切换输入的测试信号；5） 完成以下停电测试内容： 按键唤醒测试； 红外唤醒测试； 全失压电路检测； 停电电池功耗测试（未上电、未唤醒前测试，要求唤醒与未唤醒时的功耗相差不差过200A）； 电路各测试点的电压值测试。6） 实现全部上电测试内容： 计量功能是否正常测试（第一次上电无需任何设置，不需要初始化A/D芯片参数，能够计量电能的模块）； 红外、RS485通讯功能测试； 电路各测试点的电压值检测； E2PROM、RTC是否正常工作检查。7） 电能表参数设置（功能可选，编程开关信号设计测试点）；8） 上电测试结果自动判断比较，输出比较结果，最后将结果保存在服务器上，可追溯电能表各个模块测试的历史数据；9） 系统采用灵活的测试方案设计，通过编程测试方案实现对不同产品任意功能测试。2方案设计1) 根据原有测试系统的情况，希望新的测试方案能达到以下效果： 安全性：集成度高、自动化程度高，尽量减少人工干预； 通用性：可适应不同型号的产品，减少重复开发工作； 高效率：单板测试时间尽可能的短，以适应生产节拍要求； 可靠性：对关键参数进行数据测试分析，提高直通率。2) 软件网络运行模拟简图如图2所示。图2软件网络运行模拟简图通过测试要求分析，NI公司的虚拟仪器技术十分符合方案的要求，并且能够很好的达到方案预期的效果。可使项目快速量化。NI公司有着丰富的虚拟仪器测试、测量产品线，可以给我们提供很大的选择空间，LabVIEW是一个易学易用的开发平台，可以快速的制作出复杂、并行、有效，并且易于操作的测试系统。因此方案最终选择NI公司的虚拟仪器软硬件平台开发新的测试系统。3) 总体方案设计如图3所示。图3 总体方案框图通讯适配器模块：具有四个独立的通道，可同时对两路RS485、红外、RS232(PLC通讯)进行通讯测试，四个通信口的个数和顺序可以设定组合，通信协议可任意扩展，实现计算机与被测对象的读/写通信测试。被测计量信号加载模块： 提供三路交流电压信号源（0.7VAC，受控输出），三路交流电流信号源（20mA，受控输出）； 在夹具上安装合适的采样电阻后，直接为接入式（分流器）表计输入20mA的电流信号，从而产生电流采样的mv信号；控制切换模块:利用板卡的工业数字I/O输出相应的信号，控制外部切换模块切换为被测板的状态，达到测试所需的要求；系统电源配置模块：提供电表所需的电源（57V、100V、220V、380V，容量40VA供测试时选用）；模拟信号采集测试： 目前工装只提供10V电压信号测试，超过10V的信号必须采用电阻分压降到10V以下，最后将采集的数据乘以一定的比例系数（可参考图6、图7、图8的设计）； 电池功耗测试。采用差分测电压的方式采集，电流在20mA200mA时采用10电阻，电流在20mA200A时采用100电阻，电流在200A以下时采用1K电阻采样，其方式通过在电池测试点位置串接采样电阻，在电阻两端输入采样信号（可参考图8设计）。（注：电阻需选择误差小、温度变化影响小的精密电阻）由于希望能够对多种型号产品线路板进行测试，我们设计了一种通用的测试针床底座，通过插座将底座和针床的信号连接起来，当测试其它型号的产品线路板板时，只需要更换相应的针床和调用相应的测试方案。3关键模块的实现及代码1）功能测试：充分利用板卡提供的工业数字I/O控制模块的切换，并采集电能表的输出量，如：电平信号、脉冲信号等。 硬件设计原理工装提供了10路输入、4路输出信号，可采集信号的类型为电平、脉冲信号。输出信号可用作开始编程、按键等需要操作的动作。电能表测试的输出信号如果是有源信号，则直接进行采集，如果为无源信号，则参考下图设计进行选择：a.共阳极输出设计或独立输出设计方式b. 共阴极输出设计或独立输出设计方式 软件实现图4功能测试2）模拟信号测试： 硬件设计原理单端方式采集设计图5采集大于10V的直流信号图6采集小于10V的直流信号差分方式采集设计图7采集差分直流信号 软件实现图8模拟信号测试3）通讯功能测试：图9通讯功能测试4）方案编辑界面：图10方案编辑界面5）测试系统主程序流程图：图11主程序运行框图6）测试系统照片4软件和用户操作界面测试软件以LabVIEW8.5平台为主，辅以其他工具配套开发。软件通过NI公司板卡读取被测产品的电平、脉冲、模拟电压、电流等信号，判断被测产品的硬件技术参数是否合乎要求，同时按照需要控制测试的设备的上电或下电；通过RS232串口与被测产品进行通讯，测试红外、485、载波等通讯模式下的电路是否畅通；同时通过RS232端口对气动夹具进行上行和下压的控制。测试内容有三大类，功能测试电平、脉冲、模拟信号测试，上电、下电控制；模拟信号测试电压、电流、功耗测试；通讯测试红外、485、载波模式下的读写和唤醒。不同类别之间同时测试，同一类别的不同项目逐项测试。软件操作完全按照事先设定的测试方案来运行，根据操作者输入的条码，自动判别被测产品的型号、规格及批次，调用相应的测试方案，测试完毕后根据综合测试结果自动判别合格与否，并在界面显示醒目的绿色或红色提示图案，同时设备发出相应的声音，操作者根据这些判断提示对产品进行合格品和不合格品的分类。测试完成后，测试结果自动保存到服务器的SQLsever数据库中，还可以根据需要，人工补送到服务器，操作在本机可以对测试历史结果进行查询和统计。测试软件提供了友好的人机界面，如图13所示，被测板放入测试工装后，操作员只要按回车键（可设置自己喜欢的按键），气动夹具就会自动下压，压紧后软件按照方案自动开始测试，测试完成后，操作员再按回车键气动夹具可自动上抬或选择测试完成后自动上抬，然后取出被测板。如果操作员觉得有必要再测一次，无需按回车键，只要用鼠标点击测试按钮，软件重新自动测试。软件还可对多个产品不同状态同时测试。图13软件主界面5测试验证测试系统设计完成后，对系统的可靠性、故障检出比、安全性进行了反复的测试验证，通过现场生产线员工的实际操作，对不同产品进行更换测试，对单板平均测试时间进行了测量，与旧的测试系统相比，