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基于LabVIEW与PCI-1712L的变压器测试系统
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0引 言
当前国内对电力变压器的性能测试基本上仍处于手工测量的阶段，每项性能指标都由专用的仪器进行测量，很多测试项目仍采用一些指针式仪表，存在读数误差大、费工、耗时，功能简单等问题，测量的重复性、可信度较差。虚拟仪器的出现有效的解决了这一问题，所谓虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键。软件对硬件采集的数字信号进行加工、分析，得到各种所需要的信息。 本文采用研华公司的PCI-1712L高速数据采集卡及其为LabVIEW定制的Advantech DA&C工具包，结合LabVIEW成功地开发出一套变压器测试系统。
1变压器测试系统
1.1系统原理及功能
用于变压器空载／带载的输入／输出电压、电流的测试，可以完成变压器常规实验系统，可以实现自调压、数据测量、分析、实时显示、保存及打印功能。电流、电压信号经过互感器后转换为标准信号，通过数据采集卡采集后，系统判断其区间范围，通过串口与CPLD进行通信来选择具有合适量程的电流和电压互感器，从而提高系统的测量精度。
1.2系统结构
测试系统的结构框图如图1所示。
2测试系统的硬件设计
电压互感器：采用VSM型系列霍尔电压传感器，能在电隔离条件下测量交流，脉冲以及各种不规则波形的电压。
电流互感器：采用6个不同量程的CSM系列霍尔电压传感器，CSM025B、CSM050B、CSM100B、CSM200B、CSM300B。
数据采集卡：PCI-1712L是研华公司的一款功能强大的高速多功能PCI总线数据采集卡。它有1M转换速度的12位A／D转换器，卡上带有FIFO缓冲器(可存储lK A／D采样值和32K D／A转换数据)。PCI-1712L提供16路单端或8路差分的模拟量输入(也可单端差分混合使用)，2路12位D／A模拟量输出通道，16路数字量输出通道，以及3个10 MHz时钟的16位多功能计数器通道。采集方式包括输入预触发、过触发、延时触发等数据采集方式，模拟输入通道通道可以进行独立编程增益控制，端子板选用研华公司配套的ADAM-3968。
CPLD：采用altera公司的MAXII系列的EPM1270CPLD，包含1270个LE相当于40K门数，980个等效宏单元，8K用户可用Flash比特数。
3测试系统的软件设计
3.1软件功能
自调压测试系统软件结构图如图2所示。
3.2数据采集
研华公司不仅为LabVIEW编程开发了专用的VI工具包，并且提供了丰富的实例程序，利用其Advantech DA&C工具包，可以快速高效地开发出数据采集模块。
设置参数如下：触发源，触发模式，时钟源，触发边缘，信号源类型，采样通道，采样开始通道，采样个数，采样频率，通道增益；以上可以根据实际测试的硬件配置和需求进行设置。
3.3数据测量及频谱分析
LabVIEW拥有强大数组分析和数据处理功能，测量参数值包括交流有效值，直流分量，有效值，占空比，上升时间，下降时间，过冲，峰峰值，最大值，最小值。运用LabVIEW提供的信号处理工具包，可以快速对采集的波形数据进行FFT功率谱密度分析。
3.4数据判断
对采集到的电流、电压值大小进行区间判断，并发出控制信号给CPLD，选择相应的电流电压互感器，提高系统的测量精度。为进一步提高准确性，在判断前，利用防脉冲干扰平均值滤波的原理对采集到的电流、电压数据进行滤波。用一个for循环将某一通道采集的数据变成一为数组，数组的长度可以自己定义，假设系统中定义为N，即将通道采集的N个数据进行判断，去掉最大值和最小值，将剩下N-2个数据进行算术平均，即得到一次有效的采样值。运用LabVIEW数组工具包中的Array Max & Min，Delete From Array以及mean.vi即可完成对采集数据的软件滤波。
由于电流、电压判断的区间较多，用LabVIEW实现起来略显繁琐，因此本文采用C语言与Lab-VIEW相互结合的方法实现。先在Visual C++中编写判断程序并生成dll文件，然后通过Lab-VIEW中的代码接口点(Code Interface Node)调用，即可实现该功能，事实证明，这是一种高效、易行的方法。C语言部分程序代码原理如下：
中Singal为CIN接口的输人参数，及采集、滤波后的电流信号，pattern为CIN接口的输出参数，及控制信号，通过串口直接写入到CPLD，从而选择相应的电流或电压互感器。
3.5串口通信
LabVIEW不仅在仪器I／O中，专门提供了串口通信的Ⅵ，而且提供了串口范例以加快开发速度。首先通过VISA Configure Serial Port.vi进行相应的串口配置，通过VISA write.vi将控制信号写入串口与CPLD通信，最后用VISA dose.vi关闭串口。
3.6显示、打印及保存
LabVIEW最吸引人的特性是对数据的图形化显示有丰富的支持，强大的图形显示功能增强了用户界面的表达能力，通过这些丰富的图标控件，工程师们无需再为复杂的界面编程花费大量精力。Graph控件对已经采集到数据进行数据处理，根据实际要求将这些数据组织成所需的图形。测试系统软件的前面板的波形显示采用Graph控件，如图3所示。通过设置前面板菜单文件-VI属性一类别打印选项即可将打印出前面板中的波形。
LabVIEW提供的强大的文件I／O函数是一组功能较强的文件处理工具，可以满足不同的文件按操作要求。为了满足不同数据的存储格式和性能要求，LabVIEW提供了多种文件类型。用户可以采用文本文件(text files)、表单文件(spreadsheet)、二进制文件(binary files)、数据记录文件(data-log files)、波形文件、LabVIEW测试文件等格式将所采集到的数据进行存储，用户可以使用电子表格或文本编辑器打开查看。本测试系统采用的是表单文件，可以用Microsoft Excel打开。
4结 论
该测试系统应用LabVIEW在测试仪器开发突出的特性，配合第三方板卡，使得LabVIEW的应用更加宽广，更加灵活，验证了"软件即仪器"这一虚拟仪器的宗旨。该测试系统原型机已经投入到实际生产测试中，效果良好。
作者：张维威，黄英
