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摘要：將labview引入到單相電源適應能力檢測系統的設計中，解決在對單相電源適應能力進行測試時，測量設置參數操作繁雜、測試全程無法監視，且存在試驗過程無法可視化、試驗結果無法追溯的問題。通過分析設備的通訊協議以及接口特性，通過LabVIEW對單相電源與上位機之間的通信，實現實時數據傳輸。在搭建好通訊后，采用生產消費模式對系統完成測試數據實時采集且可視化、儲存測試過程數據等功能。通過該系統能夠高效地實現單相電源的適應性測試，使測試過程更簡便，測試數據可追溯，測試過程可視化。
關鍵詞：電源適應能力；自動測試系統；LabVIEW
隨著電氣化設備在各行各業中的廣泛應用，各種非線性負載的使用，導致供電網電能質量的惡化。理想的公共網格提供的電壓必須具有單個固定頻率和指定的電壓幅度，但如果系統的正弦波電壓被施加到非線性負載、電網的并網操作時，產生的電流為非正弦波形，并且由于波形的失真而發生諧波電流，并且諧波電流影響端電壓，從而產生電壓波形并且產生諧波電壓。將導致電網電壓波動的發生，導致電網電壓引入諧波污染［1］；另一方面，生產和測試領域的各類精密元件和精密設備對電壓波動敏感，與電網電壓波動的影響密切相關，電源波動會導致設備和元件的損壞和安全隱患［2］。因此，為了滿足其基礎工作的嚴格要求，電源的適應性是必不可少的。設備能否經受不同電能質量工況的考驗，意味著設備能否正常工作，且對于電源適應能力的要求，在多領域也被廣泛重視參考其他行業或通用型標準作為企業或測試標準，如《GJB8265－2014無人機機載電子測量設備通用規范》、電源波動影響傳感器在額定負載工作條件下，將電源電壓和頻率在偏差范圍內調整至上下極值，所引起的附加誤差應符合相關的規定。相關標準要求在非正常和應急范圍內變化時應能工作，因此對設備進行電源適應能力測試十分關鍵。傳統測量方法中設置參數操作繁雜，且需要人工全程監視，且存在試驗過程無法可視化，試驗結果無法追溯的問題。本文采用LabVIEW對設備電源適應能力進行智能化、自動化測試，具有很高的實用價值。
1硬件結構
單相電源適應能力檢測系統如圖1所示。該系統由單相可編程電源部分和計算機測試軟件部分構成；計算機測試軟件部分與單相可編程電源通過串口RS232進行連接通訊。
1．1RS232串行通信計算機和單相可編程電源通過RS232進行數據通信。其中，單相可編程電源串口的信號輸入輸出方面，TTL電平邏輯1為38V左右，邏輯0為0．4左右，計算機RS232串行接口規格在電氣特性上RS232為負邏輯，要求較高，2個信號之間比較大的振幅規格為邏輯“1”為－15～－5V，邏輯“0”為5～15V，通常為－10V左右邏輯1，10V左右邏輯0。因此，需要通過外部電路實現從TTL電平到RS232電平的轉換［3］。為了確保上位機與下位機RS232通信的可靠性及實時性,有必要統一通信格式，本系統協議設置通訊格式：8－N－1(8位數據位、無校驗、一位停止位)，波特率為9600bps。1．2單相可編程電源單相可編程電源采用思普電子有限公司生產的SFC－215可編程單相高性能交流電源，該設備具有采用IGBT／SPWM脈波寬度調變方式，寬輸出電壓范圍：單相電壓0V～300V（320／600V為選配）／頻率45Hz～500Hz；強大的編程功能，100組編程測試，可循環。
2軟件設計
LabVIEW是圖形化程序設計語言的開發環境，使用LabVIEW進行軟件設計具有前面板和代碼（程序框圖）2個部分，前面板是系統的監視界面，代碼是系統運行的圖形化程序。系統的前面板主要由主監視界面、參數設定界面、數據存儲界面3部分構成。主要用來收集輸入輸出數據，以及數據顯示、相關記錄等功能。軟件系統主要采用生產消費模式，如圖2所示，主要分為主線程、時間線程、通訊線程、采集線程四個線程，利用生產者／消費者設計模式實現多進程同步的有效途徑是將數據傳輸與隊列同步［5］，及時處理當前數據，當實際運行過程中需要完成許多用戶界面的進程時，隊列函數對采集到的數據進行緩存，使數據能夠在各個線程之間傳遞數據,平衡用戶界面事件，避免其他數據結構造成的資源競爭、程序冗余或數據丟失現象。
2．1主監控界面
系統監測程序主要完成與單相可編程電源設備通訊傳輸參數，并對下位機傳輸過來的電源測試信號進行分析、顯示、記錄，設置通訊間隔時間，由于現場終端傳輸過上來的是數字信號，通訊設置成一發一收的形式，進行參數判斷、參數計算、校驗位校驗等操作，將數字信號轉換成輸出電壓、電流、頻率、功率以及功率因素，并顯示當前測試運行情況。基于LabVIEW的電源適應能力監測系統主監控界面如圖3所示。
2．2主監控界面
程序首先先對前面板數據進行初始化，再讀取前面板參數，拆分數組數據，通過時間參數驗證參數是否有誤，無誤后將時間參數與電壓參數捆綁后輸出在XY圖中，最后根據設備通訊模塊的數據協議，將對應的時間參數與電壓參數輸出至下位機，參數設置部分的前面板UI如圖4所示，部分程序框圖如圖5所示。
2．3數據存儲
為保持通訊流暢以及對測量的電源參數數據進行后續的統計和分析［6］，系統將在固定時間采集所有供電參數數據，并根據用戶設定的通信時間寫入文本文件。電源參數數據以當前日期命名，存儲在程序當前路徑中［7］。文本內容的存儲格式是第一列為當前時間，第二至六列依次為實際采集的電壓、實際電流、頻率、功率、功率因素，各項之間間隔一個制表符。電源適應能力數據保存部分的程序框圖如圖6所示。
3應用示例
將下位機通過串口連接至計算機根據分配的COM口選擇各通道端口號，設置采樣周期為100ms。在LabVIEW強大功能的支持下［7］，實現了對單相可編程電源設備進行快速設置輸入參數，并實時讀取實時數據、處理數據、顯示和存儲。測控系統的操作運行界面如圖7所示。借助于虛擬儀器LabVIEW上位機開發平臺，結合串口，完成了單相電源適應能力檢測系統設計。本系統充分利用生成者－消費者模型，滿足采集的實時性，實現了多段參數設定，且操作簡便。在針對電源數據存儲方面，能夠對測試過程采集到的數據進行可視化回放、查詢。在設備運轉時，能夠準確地實時可視化監控運轉情況。本軟件可以擴展添加其他相關測試的設備，具備良好的功能擴展性。對比傳統的儀器操作，該系統自動化程度高、靈活性強、易擴展，且維護和升級更簡便。
4結束語
通過設計單相電源適應能力檢測系統得出如下結論：1）該系統能夠簡便快捷設置測試參數；2）該系統測試過程能夠被記錄并能夠回放、追溯產品在測試過程中存在的問題；3）該系統具有良好的擴展性，且維護方便。
作者：黃棟 單位：福建省特種設備檢驗研究院