运用LabVIEW和PCI.docx

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1、运用LabVIEW和PCI挑战：准确测量三相电流三相电压信号，判定各种异常情况并实现正确操纵，通过与仪器通讯和数据库调用构建经济灵敏的多功能自动化测试系统。应用方案：用NI公司的LabVIEW 6i结合PCI6025E 开发的基于PC 变压器自动测试系统，可集成原有设备仪器，实现自动调压，故障分析，试验参数及试验结果的自动存取等功能，完成多项产品试验，交互性良好，维护简易。介绍：变压器试验原理统一采用IEC 标准，各变压器制造厂商的试验部门在仪器设备及试验方法上都具有共性。本系统可在较少经济投入下实现手动系统到自动系统的晋级，并能进一步实现一机多仪的虚拟仪器概念，相信其将在变压器制造业拥有广阔

2、的应用前景。本系统已于本单位试运行半年，胜任各项产品的例行试验，并因其高度智能化受到试验人员的好评。 变压器自动测试系统主要采用National Instruments 简称NI的数据收集卡和虚拟仪器软件搭建系统主体，由于数采卡自带驱动程序，省却编程人员在创立应用软件和收集卡间的接口程序所耗时间，软件本身的可在计算机程序的控制下完成变压器常规试验全经过的实验系统，可实现合闸、调压、读数、数据处理、打印报告的一次完成，进步试验的准确性及快速性，减少试验人员的机械重复劳动。系统构造图如下： align=center图1 系统构造图/align 系统测量的信号是变压器试验中上下压侧的三相电压/电流值

3、，及时计算不平衡率和相关参数作为出错判定的根据，在电压/电流到达设定值时，锁定调压器，并测量此时的电压/电流值用以计算试验数据。此模块的硬件局部有PCI-6025E 和自制接口电路板组成，由于大多数变压器厂家的测试线路中，电流电压信号在0600A 和01000V 之间，显然与DAQ 卡的05A 和010V 的测量范围不符，因此采用0.1级的电流电压变送器将普通测试线 路的信号传送到DAQ 卡上进展测量。 PCI-6025E 是National Instruments 公司的一块多功能、低价位的数据收集卡，12 位精度，16 路单端/8 路差分模拟量输入, 2路模拟量输出，8 位数字量I/O，2

4、00K 采样率，使用PCI 接口，可直接应用于普通PC的PCI 插槽上。利用NI 的软件Measurement & Automation Explore 快速启动，安装驱动程序，设置工作形式差分还是单端，重新启动便可使用。此卡不需跳线、电位器和地址转换器，是一种安装使用方便、即插即用的板卡。在这个应用中，我们选择6025作我们的收集卡，主要是由于它使用方便，更为重要的是和LabVIEW有良好的接口，无需花时间编写板卡和软件间的驱动程序，节省了工程人员的大量精力。我们要测3 路电流量和3 路电压量，共需使用6个通道，因此我们采用差分输入形式。正常情况下，电网提供三相沟通电为正弦波，常用测量仪表读

5、取有效值用于计算，我们在每个周期每相电压采样600 点瞬时值，因此DAQ 卡测得数据先经有效值计算，再传递到面板及计算子程序。 本系统需根据试验指令依次执行调压器原，副边合闸，调压器升压降压，调压器分闸等功能，根据试验种类和参数调整执行次序和调压速度，在到达设定电压电流值时，保持电压不变并等候功率分析仪收集数据，时刻比照检测电压电流与标准值，一旦发现错误马上切断电源，给出出错信息。控制对象为假设干继电器和调压器。 合闸与分闸的动作由PCI-6025E 输出数字信号控制，调压器由PCI-6025E 输出的模拟量控制。由于PCI-6025E 和控制对象存在功率不匹配的问题，因此两种信号都需经小功率

6、元件控制大功率的控制对象。我们采用的方案是用两级继电器将数字信号传递到大功率的继电器上，过渡的继电器与模拟信号输入变送器集成在同一块接口电路板上，并用隔离芯片防止电信号反串入DAQ 卡中；模拟信号那么通过控制变频器到达控制调压器的目的，变频器的控制方式有数字控制和模拟量控制两种，为实现调压器电机的无级调速，我们通过输出模拟量控制变频器的输出，用变频调速控制调压器的升压速度，知足各种试验电压等级的升压要求，实现电压的全闭环准确调节控制。 变压器试验根本包括空负载试验，耐压实验，针对不同产品如铁心电抗器，消弧线圈等还包括零序阻抗测量等，由于各项试验都包含根本的测量和控制步骤，因此我们采用按产品组建

7、系统，分级调用子程序的构造，同一产品的所有试验集成在同一程序中，通经过序数据接口和全局变量在程序间传递数据。对于全局变量的应用，由于全局变量没有即时刷新功能，因此经常出现某事件的几个输入值不同步的情况。我们在每个需即时刷新的全局和本地变量的外围建立一个只有一个FRAM 的SEQUENCE 构造，在事件发生的同时激活变量，可保证变量采得最新数据。由于全局变量在主程序运行期间始终占用内存，而本地变量只在子程序调用期间存在，子程序关闭后自动释放空间，因此为节省内存空间，在每个需调用全局变量的子程序中将全局变量的值赋给一个INDICATOR 的本地变量，然后用WHILE 循环刷新，可用 程序停顿标志做

8、停顿循环的判定。 由于试验系统控制对象为高压大电流系统，因此防误操纵在系统设计中占据很大的比重。我们将接口电路板电流超差，三相电压/电流不平衡判定置于数据收集子程序中，将零序阻抗超差，阻抗电压超差，空载电流过大分别置于零序阻抗试验，负载试验和空载试验中。假如按以往程序流程设计，程序每执行一个循环只判定一次出错信息，显然不能知足要求，因此错误判定独立于正常操纵流程以外，可以高速刷新数据和计算以远小于正常操纵周期的时间进展判定，这正是LabVIEW 数据流编程允很多线程事件的显著上风。由于正常操纵流程由各种构造组成，因此设定一个出错信息的CONTRAL，在出错判定程序中被赋值，作为CASE 进入正

9、常操纵和退出WHILE 的条件，可将程序事件尽快进展到降压步骤。操纵面板上的紧急停顿按纽应置于醒目位置，并在程序启动DAQ 卡输出后置于FOUCAS ON 的状态，以知足操纵人员在任何时候停顿调压器输出的要求，按纽的状态同样被赋予出错CONTRAL，在其他出错判定的循环构造中不断检测。每种出错的原因都会在被判定确定的同时，用单按纽对话框显示，并不影响程序自动执行分闸和调压器复位的操纵。 现有系统在经过试运行阶段后，将用Application Builder 将其生成执行文件，保护后台程序的运行。 align=center图2 操纵面板/align 考虑到大局部厂家原都配有.级功率分析仪，为给用

10、户提供一个参考值及充分利用原有设备，我们运用LabVIEW 提供的VISA操纵模块，创立针对功率分析仪的仪器驱动程序，将仪器采得的数据传到系统，并显示在面板上或者进展计算。VISA 是用于对仪器编程的标准I/O应用程序接口，是目前开发仪器驱动程序的工业标准，用同一个API 可控制一系列不同仪器，包括使用了VXI,GPIB和串口的仪器，由于它面向对象编程，可针对不同厂家的不同仪器不同接口作出修改，将程序移植到新接口上。我们的仪器驱动程序包括初始化仪器，写入锁定数据命令，读出测量值，关闭通讯等功能。由于LabVIEW 提供创立此种API 的大量范例程序，我们可从中学习创立简单VISA 程序的方法，

11、并实现我们的要求。系统PC 与仪器的连接采用串口通讯的方式，可根据仪器操纵手册进一步实现功率分析仪的其它功能。 本系统涉及变量诸多，为方便对所有变量的调用和初始化，我们在程序框图的起始位置放置所有CONTRAL 和INDICATOR，所有本地调用均通过创立本地变量进展，牺牲局部内存以换取数据的高效，减少同功能变量的重复设置，保证初始化的全面性。 本系统的测量数据处理，除操纵必须的根据和出错判定外，都在操纵完毕后调用数据处理子程序进展。用弹出子程序面板的方式显示最终收集的数据及初步计算结果，可进展将损耗和阻抗折算到额定条件或者直接退出数据处理，可与设计值比拟，给出超差提示。由于功率计算公式及温度

12、折算公式比拟复杂，我们普遍采用FORMULA NODE 进展计算。 align=center /align数据库调用 由于产品的标准化设计已使产品形成系列，而产品的多样化那么令产品参数繁多，因此我们创立了产品参数的数据库存放相关参数。而随着产量的增大，建立实验数据库存放试验数据是试验结果保存和追溯的必然趋势。而本系统那么充分利用LabVIEW的DATABASE套件提供的数据库调用模块实现以上两个数据库的自动存取功能。 align=center图3 报告生成器界面/align 用户启动本系统，首先选择试验类型，然后输入产品代号和出厂号，此时程序首次通过ODBC 调用产品参数数据库，查找对应产品代

13、号的标准技术数据，并将本次试验所需数据传回主程序并显示在面板上，假如数据库中没有对应产品代号的记录，那么提示需手工输入数据，试验人员将按照技术条件在面板输入数据，完成后，程序将在产品数据库中新增一条记录以存放新产品代号的技术参数。试验完毕后，三相电流电压及计算处理后的数据都将存入试验数据库，程序将在数据库中以出厂号为关键字建立新记录。 我们用VB 编写了一个报告生成程序，可输入产品类型，代号和出厂号后调用两个数据库文件，运用VBA 技术完成试验报告及记录的自动编制。程序可独立操纵，方便试验人员在完成所有产品试验后，批量编写试验报告。 本系统是将LabVIEW 应用在变压器试验部门的成功尝试，我

14、们在开发的经过中节省下了设计制作电路板实现D/A 转换及数字信号输出等功能的时间和精力，维护简便，而LabVIEW 提供的根本功能模块使我们将精力主要集中在系统功能的开发，而不是根本程序的编写上，NI 经历丰富的技术支持工程师也给予我们强有力的帮助，尤其NI 提供的大量应用实例为我们提供了最正确的学习范本和开发思路，进而使我们在短短两个月内完本钱套系统的设计成为现实。由于本系统由本单位自主开发，本钱仅为购置一样系统价格的25，而且是国内首次将LabVIEW 应用在变压器试验部门的成功尝试，可实现低本钱完成手动系统到自动系统的晋级，极具推广价值。由于其具有数字信号分析方面的强大工具，在原有系统扩展电流谐波分析，功率测量等功能将轻松实现，而其提供的网络功能也将完本钱单位各试验站数据互访和分享的设想。 0