移动式考核测试系统研制.pdf

0引言电源系统研制过程中常出现IGBT炸裂、电容爆炸、输出波形不理想等问题，遇到此类问题时，研究人员通常是通过理论计算或观察功率分析仪实时数据，再结合自身经验来分析解决。为保证系统的可靠性，电源系统研制出来后，需要168 h连续考核并确保合格后才能投入使用，且考核过程通常需要每2 h记录一次试验数据，试验后通过数据分析电源系统性能。整个研制考核过程需要人工记录数据，时常出现数据记录不及时、不同人员数据记录精度不一致等问题，并且连续考核过程需要倒班记录数据，整个记录过程费时费力，还有可能出错。针对电源研制开发考核过程中人工记录数据导致的问题，本文基于LabVIEW虚拟仪器开发平台设计了移动式考核测试系统。该考核测试系统具备以下五个功能：（1）实现试验数据的实时按自定义周期自动存储，方便研制过程中回顾试验数据，分析解决问题；（2）实现所有试验数据规范存储，试验数据按统一精度精确存储；（3）实现考核过程连续记录数据，并通过按日期自建文件夹将数据分类，有利于数据的整理分析与归档；（4）满足多台功率分析仪数据同时记录需求；（5）携带方便，满足在不同试验现场应用的需求。1考核测试系统原理移动式考核测试系统硬件部分主要包含两个方面：工控机和高精度功率分析仪。其中工控机要求有以太网接口，可以进行Modbus TCP/IP通信。高精度功率分析仪也要求有以太网接口，并能进行ModbusTCP/IP通信，实验室采用横河WT1806e、WT5000等。图1所示为测试系统原理框图，工控机与功率分析仪通过网线连接1。功率分析仪通过专用线缆连接电流钳采集电源电流，通过线缆接入电源回路采集电源电压2。工控机安装LabVIEW2018软件，LabVIEW是NI公司推出的一种图形化程序开发环境，NI Max是一款测试软件，用于配置LabVIEW与功率分析仪的通信地址并测试其能否正常通信，NI VISA提供了LabVIEW开发中所需要的控件库，方便系统开发过程中进行调用3。基于LabVIEW平台开发考核测试系统，该系统通过Modbus TCP/IP通信协议与功率分析仪建立通信，通过VISA中的读写控件读取功率分析仪中测量得到的数值4，并用字符串显示控件将数值显示到前面板上，同时根据试验要求设置完成采集周期后，将采集到的数值实时分类存储到Excel表格中5。2考核测试系统软件设计考核测试系统软件设计包含通信连接、数据采集与读取、数据分类与存储以及数据分析几个部分。移动式考核测试系统研制焦开洲高恒（核工业理化工程研究院，天津 300180）摘要：针对电源系统研制过程中存在的输出信号不理想而无法回顾过程数据的问题，以及电源考核过程中存在的数据记录不及时、精度不一致，并且连续考核过程费时费力，记录有可能出错等问题，提出开发一种移动式考核测试系统，该系统能够实时采集试验数据，并按统一精度、统一格式、统一规范自动存储数据，极大地方便了数据分析查询，同时提高了试验过程质量管理能力。关键词：电源；LabVIEW；采集系统中图分类号：TP274；TN86文献标志码：A文章编号：1671-0797（2023）16-0046-04DOI：10.19514/32-1628/tm.2023.16.012图1移动式考核测试系统原理框图设计与分析Sheji yu Fenxi462.1通信连接基于LabVIEW平台开发的考核测试系统通过TCP/IP协议与功率分析仪进行通信。在LabVIEW中，采用TCP节点来实现基于TCP协议的局域网通信，该节点在FUNCtiON/COMMUNICATION/TCP下6。该节点分为三个部分：（1）连接节点：用于建立功率分析仪和上位机之间通信的连接，通过建立功率分析仪和上位机局域网来实现。（2）传输节点：用于在功率分析仪和考核测试系统之间传输数据，通过在LabVIEW软件程序中设置与功率分析仪一致的IP来实现。（3）切换节点：用于计算机IP地址和计算机名称间的切换。功率分析仪与LabVIEW上位机通过连接网线建立TCP/IP连接，图2列出了功率分析仪与LabVIEW上位机的通信连接流程。首先功率分析仪通过电源线连接到传感器，采集电源系统的电压、电流值，从而产生数据，并循环不断写入数据，上位机服务器连接到功率分析仪后，考核测试系统实时读取功率分析仪中数据，并在前面板中循环不断显示数据。当关闭连接时，功率分析仪与LabVIEW上位机通信中断7。2.2数据采集与读取功率分析仪与LabVIEW上位机通信连接完成后，需要准确采集与读取功率分析仪中的数据。通过NI VISA控件库中的VISA写入和VISA读取控件来采集和读取数据。按照功率分析仪程序中的语法规则，输入相应的字符串到VISA写入控件和VISA读取控件，即可实现精确采集与读取8。图3表示部分数据采集与读取的程序框图，输入字符串“:NUMERIC:NORMAL:NUMBER 255”，功率分析仪即可写入前255个数据；字符串“1024”，表示系统读取1 024字节数据。采用功率分析仪内部程序语法，结合程序框图中VISA写入和VISA读取，通过设置精度实现考核测试系统数据精确采集与读取。如图3所示，在程序框图中加入延时语句，通过“运行周期”数值输入控件输入数值即可实现程序按规定时间采集和读取。再将整个采集与读取程序放进“While循环”结构框图中，即可实现功率分析仪中数据的循环采集与读取。2.3数据分类与存储功率分析仪采集与读取数据后，需要按日期将数据分类、存储，该功能在考核测试系统软件设计程序框图中实现，如图4所示。由图4可知，通过“格式化日期/时间字符串”控件图2通信连接流程图图3部分数据采集与读取程序框图Sheji yu Fenxi设计与分析47得到当前年月日，通过连接字符串将输入字符串变量“记录人”与“.xls”和当前日期相连接，得到存储的Excel表格的命名，例如当前日期为2022年9月2日，记录人为张三，则存储的Excel命名为“20220902张三.xls”，通过改变日期或修改记录人，实现不同文件的分类。采用“创建路径”控件创建相对路径，实现Excel数据文件存储到VI程序所在的文件夹中。2.4数据分析数据存储到Excel表格中后，在程序框图中设计程序提取表格中数据进行数据分析，可以显示数据的实时波形，并实现数据查询、谐波分析等。图5所示为数据分析部分程序框图。3考核测试系统试验基于LabVIEW平台开发了移动式考核测试系统，采用研华一体机作为上位机，内装有LabVIEW2018软件，实验室采用功率分析仪WT3000采集电源系统试验数据。图6为考核测试系统试验现场图片，整个系统由上位机、功率分析仪、电源系统组成，通过功率分析仪实时采集电源系统电压、电流数据，上位机实时读取功率分析仪中数据，最后将数据分类存储到Excel表格中，同时进行数据分析。上位机前面板界面如图7所示，界面显示有6个通道，并列出了分析电源运行性能的几乎所有数据，包括每个通道三相电压、三相电流、三相电压失真度，并显示有功功率、无功功率、视在功率、功率因数和输出频率，这些数据全部分类存储在Excel表格中。在功率分析仪和上位机局域网建立连接完成后，采用NI Max软件配置LabVIEW与功率分析仪的通信地图4数据分类与保存程序框图图5数据分析部分程序图6考核测试系统试验现场图片设计与分析Sheji yu Fenxi48址并测试其是否能正常通信，然后点击界面“通信协议”下拉，选择通信IP地址，随后设置“运行周期”，填写“记录人”，最后点击界面运行箭头，系统开始运行。存储数据则需要点击布尔控件“保存数据”，运行数据保存在“保存路径”方框文件路径中。数据分析界面如图8所示，采集系统可以根据实际需求，对电压、电流、电压失真度等进行数值分析。通过试验可知，考核测试系统完整记录分析了电源考核过程中的试验数据，为分析电源系统性能提供了保障。LabVIEW上位机与功率分析仪集成在移动小车中，移动方便，极大地方便了电源系统各个输入/输出量的测量。移动式电源考核测试系统可以应用于专用电源研制的各个环节，方便显示、记录、存储与分析数据，为研制高性能专用电源提供了数据支持，提高了专用电源系统研制效率。4结论本文在分析移动式考核测试系统原理的基础上，重点研究了系统的软件设计，包括通信连接、数据采集与读取、数据分类与存储以及数据分析等，并进行了试验测试，试验表明，系统能够稳定运行。移动式考核测试系统实现了试验数据的实时自动存储，能够记录试验中的过程数据，便于分析解决问题，并实现试验数据按自定义周期存储，能在考核过程中按一致精度连续记录数据，并通过按日期自建文件夹将数据分类，有利于长时间考核过程中整理、分析与归档数据，而且携带方便，满足在不同试验现场应用的需求。参考文献1 宋铭.LabVIEW编程详解M.北京：电子工业出版社，2017.2 张桐，陈国顺，王正林.精通LabVIEW程序设计M.北京：电子工业出版社，2008.3 杨忠仁，饶程，邹建，等.基于LabVIEW数据采集系统J.重庆大学学报（自然科学版），2004，27（2）：32-35.4 王建群，南金瑞，孙逢春，等.基于LabVIEW的数据采集系统的实现J.计算机工 程 与 应用，2003，39（21）：122-125.5 章国，黄建萍.基于LabVIEW的数据采集系统网络化实现J.科技创新导报，2008（1）：12.6 刘世杰，王雅萍，朱目成，等.基于LabVIEW平台的数据采集与处理系统J.煤矿机械，2010，31（1）：155-158.7 肖丰霞，闫廷光.基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统J.信息技术与信息化，2014（12）：112-113.8 王昆.基于Labview的数据采集与信号处理系统设计与实现J.电子设计工程，2018，26（15）：94-97.收稿日期：2023-04-26作者简介：焦开洲（1989），男，湖北大冶人，硕士研究生，工程师，研究方向：专用电源研制。高恒（1989），男，河北昌黎人，工程师，研究方向：专用电源研制。图7上位机前面板显示界面图8上位机前面板分析界面Sheji yu Fenxi设计与分析49