作者 張毅 （北京中科泛華測控技術(shù)有限公司 產(chǎn)品銷售部，北京 100083）
摘要：變壓器出荷檢測即對成型的變壓器的絕緣阻抗、耐壓值、空載特性等部分進(jìn)行系統(tǒng)級測試。其測試挑戰(zhàn)為待測項目多且測試設(shè)備與待測件連接復(fù)雜。這很大程度上影響了測試穩(wěn)定性與測試效率。本文從系統(tǒng)組成、軟硬件結(jié)構(gòu)以及測試流程等方面介紹了一種基于柔性測試技術(shù)的變壓器出荷檢測解決方案。該系統(tǒng)具備性能可靠、測量精確、連接方便、測試效率高等特點，能很好滿足多種三相變壓器的最終檢測需要。
關(guān)鍵詞：柔性測試技術(shù)；變壓器；測試系統(tǒng)
系統(tǒng)簡介
本系統(tǒng)是以柔性測試技術(shù)為核心，結(jié)合虛擬儀器和機(jī)電一體化等技術(shù)開發(fā)設(shè)計的。軟件采用圖形化開發(fā)語言LabVIEW，硬件部分使用基于PXI總線的模塊化設(shè)備，高效的軟件與靈活的模塊化硬件有機(jī)結(jié)合完成了對三相變壓器各指定輸出端的測試、結(jié)果的判斷、數(shù)據(jù)的存儲以及數(shù)據(jù)報表的生成等工作。
系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)初始化部分用來實現(xiàn)前面版刷新工作，包括前面板所有輸入控件和顯示控件。
測試分為三個部分，絕緣阻抗測試、耐壓測試及空載特性測試。其中空載特性測試又分為空載電流測試和空載電壓測試。待測信號均為標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流和電阻量，測試使用NI DMM（數(shù)字萬用表）模塊與NI Switch（開關(guān)模塊）協(xié)調(diào)動作，具體內(nèi)容及操作技巧見硬件結(jié)構(gòu)部分。
本系統(tǒng)可以實現(xiàn)靈活的報表生成，由LabVIEW提供的與OFFICE軟件的接口函數(shù)，我們可以方便的通過編程確定報表的表現(xiàn)形式，如：Execl、Word等。在本系統(tǒng)中，由于用戶對報表格式有特殊的要求，對于這種情況，我們按照客戶需求生成特定的模板文件，并在編程時與其模板進(jìn)行相應(yīng)關(guān)聯(lián)即可。
圖1 系統(tǒng)工作流程圖
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)硬件的核心是能供充分體現(xiàn)測試系統(tǒng)適用性和靈活性的PXI平臺。PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展) 是一種堅固的基于PC的測量和自動化平臺。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測量和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本運載平臺。這些系統(tǒng)可用于諸如制造測試、軍事和航空、機(jī)器監(jiān)控、汽車生產(chǎn)及工業(yè)測試等各種領(lǐng)域中。
系統(tǒng)中用到的設(shè)備除了PXI機(jī)箱外還包括PXI控制器、Switch（開關(guān)模塊）、DMM（數(shù)字萬用表模塊）等。PXI控制器作為硬件控制的核心部分，在控制PXI系統(tǒng)中各PXI模塊的同時，還可以方便的通過顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤等常用接口與相關(guān)外設(shè)進(jìn)行連接。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在自動化測試測量中，無論是在十余個測試點上實現(xiàn)高精度、低速測量，還是要體現(xiàn)集成電路高通道數(shù)、高頻率的特性，靈活的NI Switch（開關(guān)模塊）方案都是理想的方案，它可以提高設(shè)備重復(fù)利用率，并實現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展的最大化。
NI數(shù)字萬用表（DMM）在保持精確性和穩(wěn)定測量的同時，處理速率也很出眾。但由于DMM有非常高的精度和分辨率規(guī)格，所以它們的通道數(shù)很少。針對多通道、高效的測試測量，單獨使用DMM進(jìn)行測量的方案有一定的局限性。為此，我們提供了另一種解決方案。通過將這些數(shù)字萬用表與單個或多個Switch（開關(guān)模塊）集成使用，可以搭建具有高通道數(shù)、高效的測試測量系統(tǒng)。本測試系統(tǒng)便是一個很好的例證。
當(dāng)我們配置DMM與Switch一同工作的時候，有兩路信號必須進(jìn)行連接模擬信號的連接：
1. 將待測信號從Switch連接到DMM。
2. 數(shù)字信號的連接，來同步Switch和DMM。
Switch可以作為多路復(fù)用器或者矩陣開關(guān)使用。每一個獨立的Switch通道都可以路由到一個‘com’或者公共通道。所以Switch的‘com’通道需要被外部連線至DMM，這里指的便是模擬信號的連接。由于使用的是PXI平臺，數(shù)字同步信號連接方法相對簡單些，所有的數(shù)字觸發(fā)信號通過PXI背板發(fā)送到每一個模塊。所以，同步版卡所需要數(shù)字信號不需要任何的外部連線。
本系統(tǒng)正是采用這種配置方式將DMM與Switch的公共端相連接，DMM測量Switch的公共端，而Switch負(fù)責(zé)將公共端與外部各被測端之間進(jìn)行切換，每進(jìn)行一次切換，DMM便對其進(jìn)行測量。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性可通過軟件這個重要部分來實現(xiàn)，使用正確的軟件工具并通過設(shè)計或調(diào)用合理的程序模塊，可以實現(xiàn)高效的人機(jī)交互。
本系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺我們選擇了LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)圖形開發(fā)環(huán)境，其內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，可以滿足多種測試環(huán)境要求，融合多種信號測試、分析功能于一身，使系統(tǒng)的適應(yīng)性大大增強(qiáng)。同時，考慮到系統(tǒng)的適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)軟件在功能實現(xiàn)上使用模塊化設(shè)計，每個模塊完成獨立的功能，同時可以滿足系統(tǒng)高耦合與低內(nèi)聚的要求。整個軟件部分主要由用戶管理、參數(shù)配置、自動測試、數(shù)據(jù)存儲和報表生成5個模塊構(gòu)成，如圖3所示。
圖3 軟件組成模塊
- 每個模塊實現(xiàn)特定的功能，登錄子模塊在系統(tǒng)中判定用戶權(quán)限，在本系統(tǒng)中管理員權(quán)限不但可以使用產(chǎn)品測試功能，還可以使用參數(shù)配置，數(shù)據(jù)回放功能；如果是普通權(quán)限即操作員則只能使用測試功能。在參數(shù)輸入模塊中，用戶可以設(shè)定待測產(chǎn)品的具體型號，測試環(huán)境溫度、濕度，以及技術(shù)要求的參數(shù)。自動測試模塊通過調(diào)用驅(qū)動函數(shù)控制DMM與Switch協(xié)同工作實現(xiàn)對待測產(chǎn)品的測試。存儲模塊將采集結(jié)果保存到相應(yīng)文件中以備打印和報表生成。報表生成模塊可將已存的測量數(shù)據(jù)以Execl形式打印。軟件界面如圖4 。
圖4 系統(tǒng)軟件界面
結(jié)語
本系統(tǒng)的搭建再次驗證了運用柔性測試技術(shù)搭建的測試系統(tǒng)與傳統(tǒng)測試系統(tǒng)相比具有快速、靈活、可擴(kuò)展等優(yōu)勢。通過高效的軟件以及模塊化的硬件組合而成的測試測量系統(tǒng)，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，減少研發(fā)成本，降低工作人員工作強(qiáng)度，提高測試效率。
