labview电能表测试

TｈｅChallｅnge：ﻫ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 Inｆｏrｍａｔio ｎＳysｔeｍ,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。

ThｅSolｕｔiｏn：ﻫ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：

Ø按键唤醒测试；

Ø红外唤醒测试;

Ø全失压电路检测；

Ø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200μＡ);

Ø电路各测试点的电压值测试。

6）实现全部上电测试内容：

Ø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）;

Ø红外、ＲＳ４８5通讯功能测试;

Ø电路各测试点的电压值检测;

Ø 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: Ø安全性:集成度高、自动化程度高，尽量减少人工干预；

Ø通用性：可适应不同型号的产品,减少重复开发工作；

Ø高效率：单板测试时间尽可能的短，以适应生产节拍要求;

Ø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:

Ø 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）;

Ø 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：

Ø 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）;

Ø电池功耗测试。采用差分测电压的方式采集,电流在20mA～200mＡ时采用

10Ω电阻，电流在20ｍA～200μA时采用100Ω电阻，电流在200μA以下时采用1KΩ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。

Ø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