張 曙，胡 博，李澤世

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

旋轉(zhuǎn)變壓器(以下簡稱旋變)產(chǎn)品在出廠之前，需要對產(chǎn)品的電氣參數(shù)進(jìn)行測試，以檢測旋變產(chǎn)品是否達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1]。傳統(tǒng)的方法需要兩位檢測人員，一位操作試驗(yàn)儀器與轉(zhuǎn)臺(tái)，另一位手工記錄測試數(shù)據(jù)。這種人工記錄數(shù)據(jù)的方法費(fèi)工耗時(shí)、計(jì)算繁瑣，無法適應(yīng)生產(chǎn)線測試需求，成為阻礙旋變批量產(chǎn)業(yè)化的瓶頸[2]。且人工參與，會(huì)帶來隨機(jī)誤差，對操作者的作業(yè)規(guī)范有較大要求。LabVIEW軟件的強(qiáng)大適用性，以及旋變參數(shù)的工業(yè)測量儀器,如NAI-8810A角位置指示器、NAI2250相位表、精密光柵光學(xué)分度頭等，都提供了基于LabVIEW軟件平臺(tái)的接口，為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了便利。另外，通過對軟件算法和邏輯過程進(jìn)行的合理優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高效的旋變參數(shù)測量，以節(jié)約大量的人力物力成本，滿足大批量、流水線化的測試需求。

基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以完成單極旋變、多極旋變、雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、交軸誤差和函數(shù)誤差等多種旋變試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，有效地解決了現(xiàn)存的問題，可大大降低檢測人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)保證了產(chǎn)品檢測的質(zhì)量，為產(chǎn)品的改進(jìn)提供了依據(jù)[3]。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

半自動(dòng)采集系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 半自動(dòng)采集系統(tǒng)工作原理圖

在操作人員手動(dòng)完成接線、勵(lì)磁、測試的項(xiàng)目和要求的選取、尋找零位、電機(jī)位置轉(zhuǎn)動(dòng)后，根據(jù)測試系統(tǒng)的提示來操縱和控制相應(yīng)的設(shè)備，完成相應(yīng)操作。利用計(jì)算機(jī)和儀器通訊完成測試過程的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和報(bào)表生成的工作，以減少檢驗(yàn)員記錄和計(jì)算的工作量，減少人為誤差。

根據(jù)人工測試以及數(shù)據(jù)記錄的特點(diǎn)，本系統(tǒng)主要具有以下功能：

a)系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)變壓器常溫狀態(tài)下測試功能；

b)系統(tǒng)具有半自動(dòng)測試、數(shù)據(jù)輸入和輸出、記錄、存貯、計(jì)算、實(shí)時(shí)報(bào)錯(cuò)功能；

c)對系統(tǒng)自檢、使用過程中發(fā)生的設(shè)備故障和錯(cuò)誤操作，有報(bào)警提示功能；

d)測試流程應(yīng)按被試產(chǎn)品類型、使用電橋或角位置指示儀(二選一)來區(qū)分。

系統(tǒng)主要采集的數(shù)據(jù)有零位電壓，最大輸出電壓，變壓比，變壓比均衡性，相位移，電氣誤差，零位偏差，交軸誤差，函數(shù)誤差等。

本系統(tǒng)主要是LabVIEW程序，其功能有：提供友好的人機(jī)交互接口、實(shí)現(xiàn)測量儀器測量值的自動(dòng)讀取與記錄、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和錯(cuò)誤處理以及完成測量邏輯。LabVIEW為普通測試人員提供了完整的操作界面，開發(fā)人員可直接在操作界面上修改程序以完善和拓展其功能。

軟件實(shí)現(xiàn)了單極旋變、多極旋變、雙通道旋變、自整角機(jī)、線性旋變、交軸誤差和函數(shù)誤差等多種旋變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，運(yùn)行軟件時(shí)可以實(shí)時(shí)選擇所測旋變類型。本軟件具有下面幾個(gè)特點(diǎn)：

a)程序采用自頂向下的模塊化編程設(shè)計(jì)，包括通訊模塊、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、查詢模塊等。各模塊之間設(shè)置了握手信號，且模塊具有可移植性和通用性，便于升級。

b)程序執(zhí)行過程中，具有記憶功能，例如，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了中斷，經(jīng)過調(diào)整后，可以加載原實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行，而不是從頭開始。

c)數(shù)據(jù)采集時(shí)，數(shù)字校驗(yàn)和按鍵防抖等處理確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效。

d)程序按照總項(xiàng)目和子項(xiàng)目來管理，測試儀表和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都可以選擇和互換，即同一類別的儀表可以按實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇。如數(shù)字電壓分析表可以選2250、2250A等。

e)軟件具有防止誤操作、重新讀取等提示按鈕，防止實(shí)驗(yàn)中操作不當(dāng)。

f)對于錯(cuò)誤的輸入，操作系統(tǒng)將不予響應(yīng)且有明確的提示信息。

通過對軟件邏輯的理論分析和與人工數(shù)據(jù)記錄方法的結(jié)果比對，本軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)符合精度的要求，并相對于人工記錄成倍地減少了測試所需時(shí)間。

2 測試軟件實(shí)際使用流程

2.1 雙通道旋變軟件測試流程

雙通道正余弦旋變測試流程如圖2所示。

圖2 雙通道正余弦旋變測試流程

雙通道旋變，是測試數(shù)量最多的旋變類型之一，且其測試流程最為復(fù)雜，耗時(shí)最長，下文以雙通道旋變?yōu)槔?，詳?xì)介紹本LabVIEW軟件的使用流程。

步驟1：運(yùn)行雙通道測試主程序

雙擊雙通道旋變軟件文件夾中的[雙通道測試.vi]，彈出如圖3所示主程序?qū)υ捒颍x擇旋變類型。

圖3 雙通道測試主面板

步驟2：通信配置

程序執(zhí)行時(shí)，需要進(jìn)行通信端口配置，在執(zhí)行步驟1時(shí)，軟件其實(shí)已經(jīng)從[端口配置文件.ini]文件中調(diào)用了默認(rèn)的配置，此時(shí)若不是第一次在本機(jī)運(yùn)行本軟件，或通訊端口都未做變動(dòng)的情況下，可以忽略本步驟。

通信端口配置對話框如圖8所示。

圖8 通信端口配置

在通信端口配置控件框內(nèi)，按照當(dāng)前計(jì)算機(jī)與儀器接口配置進(jìn)行修改，修改后的配置保存到端口配置文件夾中，只要端口計(jì)算機(jī)硬件端口配置不發(fā)生改動(dòng)，之后不同型號的旋變測量時(shí)都不再需要重新配置。

步驟3：參數(shù)配置

執(zhí)行完之后，需要對本次測量的電機(jī)進(jìn)行參數(shù)配置，本步驟不可忽略。單擊圖3中的參數(shù)配置按鈕，彈出圖4對話框。

圖4 參數(shù)配置

可以看到，參數(shù)配置對話框中各編輯框內(nèi)都有一定的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)槌绦蛟趫?zhí)行步驟1之前，程序已經(jīng)調(diào)用了上次測量時(shí)所用的參數(shù)配置。

此時(shí)，若本次測量的電機(jī)型號與上次測量的相同，且測試環(huán)境不改變，則只需根據(jù)要求修改[電機(jī)編號]和[起始頁碼]即可。

若電機(jī)型號與上次不同，但在之前測試過該種電機(jī)，則可以單擊[打開]按鈕選擇電機(jī)的配置文件，并修改[電機(jī)編號]和[起始頁碼]。

若此種電機(jī)為一種新型電機(jī)，則需要新建一個(gè)配置文件，點(diǎn)擊[新建]按鈕，跳出如圖5所示的對話框，輸入文件名，點(diǎn)擊[確定]，并按實(shí)際配置填寫表格。

圖5 新建配置文件

最后，需要單擊圖4中[保存]按鈕，該按鈕的功能是將面板上的配置寫入配置文件并設(shè)為下次測量的默認(rèn)配置、將面板的參數(shù)配置應(yīng)用到當(dāng)前測量中、以及退出當(dāng)前對話框以執(zhí)行后續(xù)的測量過程。

在測試主界面有三個(gè)[數(shù)字電壓分析表]、[測試方式]和[精機(jī)極對數(shù)]的選擇，測試前，根據(jù)測試要求進(jìn)行選擇。

步驟4：開始測試

完成參數(shù)配置后，點(diǎn)擊測試主面板的[開始測試]按鈕，軟件便進(jìn)入到測量旋變參數(shù)的過程中。

步驟5：粗機(jī)電氣參數(shù)測量

第5)步驟之后，進(jìn)入到粗機(jī)參數(shù)測量過程，單擊鍵盤上“空格”鍵，軟件自動(dòng)讀取零位參數(shù)，并跳出如圖6所示的對話框,提示操作人員“改變電橋位置，測試最大輸出電壓”。操作人員根據(jù)提示消息，進(jìn)行相關(guān)操作。

圖6 提示消息

若在期間得到參數(shù)實(shí)測值超出給定范圍時(shí)，則會(huì)彈出超出上下限提示框，如圖7所示，可以點(diǎn)擊[忽略]和[停止測試]按鈕來選擇程序后續(xù)執(zhí)行方式，若選[忽略]，主程序會(huì)繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)測量；若選[停止測試]，則會(huì)退出主程序。

圖7 超出上下限提示框

步驟6：精機(jī)電氣參數(shù)測量

雙通道旋變內(nèi)含兩組副邊繞組，分別稱為粗機(jī)和精機(jī)，執(zhí)行完粗機(jī)的測量之后，單擊空格鍵，生成粗機(jī)電氣表格，再次點(diǎn)擊空格鍵，程序進(jìn)入精機(jī)測量，彈出如圖8所示的對話框。

圖8 精機(jī)測試提示對話框

精機(jī)測量過程與粗機(jī)相似。等待精機(jī)測量過程完成后，程序自動(dòng)將主面板記錄的參數(shù)記錄到標(biāo)準(zhǔn)excel表格，如圖9～圖11所示。

圖9 粗機(jī)電氣表格記錄

圖10 精機(jī)零位表格記錄

圖11 精機(jī)電氣表格記錄

步驟7：重新測試

當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了中斷或是對測試采集的數(shù)據(jù)不滿意時(shí)，經(jīng)過調(diào)整，可以點(diǎn)擊主面板[當(dāng)前重新測試]按鈕，繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)前實(shí)驗(yàn)，而不是從頭開始。

至此，一個(gè)雙通道旋變參數(shù)的自動(dòng)測量過程全部完成，更換下一組旋變后繼續(xù)進(jìn)行測量。

2.2 其它旋變軟件測試流程

與雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器相比，單極或多極旋變在結(jié)構(gòu)上副邊只有一副繞組(粗機(jī)繞組)，相應(yīng)的，只有粗機(jī)參數(shù)測量過程，測量過程相對雙通道旋變大大簡化。運(yùn)行測試主程序，進(jìn)入到多極旋變測試主面板如圖12所示。

圖12 多極旋變測試主面板

類似于雙通道旋變，測試前需進(jìn)行通信端口和電機(jī)參數(shù)的配置。單極或多極旋變在零位參數(shù)測試過程中逐步點(diǎn)擊[讀取零位電壓]、[讀取最大輸出電壓]、[讀取電氣誤差]按鈕，最后數(shù)據(jù)采集完后，點(diǎn)擊[生成報(bào)表]，即可生成報(bào)表。

在多極旋變參數(shù)設(shè)置面板中，如圖13所示，加入了測試[起始角度]、[測試間隔角度]和[測試點(diǎn)數(shù)]的選項(xiàng)。起始角度為相對于多極旋變零位的角度，對于某些多極旋變，它們的電氣參數(shù)需要根據(jù)特定需求從該點(diǎn)處開始測量。

圖13 多極旋變參數(shù)配置

自整角機(jī)、線性旋變你、變軸誤差和函數(shù)誤差軟件執(zhí)行過程，幾乎完全與多極旋變一致，略有不同的仍是表格的樣式和參數(shù)配置界面。

3 結(jié) 語

通過對軟件邏輯的理論分析和與人工數(shù)據(jù)記錄方法的結(jié)果比對，本軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)符合精度的要求，并相對于人工記錄成倍地減少了測量所需的時(shí)間。但仍存在如下問題：軟件系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)直接以文本文檔保存，數(shù)據(jù)不能直接使用，還需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化和后期處理；電機(jī)的測試安裝支架種類多，一些電機(jī)需要加工安裝支架和連軸器。改進(jìn)軟件，已對保存數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少數(shù)據(jù)的后期處理程序，避免了重復(fù)，并在現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)測試系統(tǒng)的其它功能，實(shí)現(xiàn)了二次優(yōu)化。