基于LabVIEW的繼電器測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.引言

繼電器是自動控制系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一，它廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、通信、機(jī)械等裝備中，繼電器的可靠性直接影響到由其組成的設(shè)備、系統(tǒng)的可靠性，繼電器的測試是保證其可靠性的重要技術(shù)。

目前國內(nèi)的繼電器測試系統(tǒng)有很多，但大部不夠完善。手動方式的測試系統(tǒng)，操作復(fù)雜，易受主觀因素影響，測試結(jié)果誤差較大：

其余方式的測試系統(tǒng)，功能單一、靈活性差，開發(fā)周期長，維護(hù)困難。這些測試系統(tǒng)對超小電流進(jìn)行準(zhǔn)確測量比較困難，而且無法一次準(zhǔn)確測量繼電器的多組觸點(diǎn)狀態(tài)，繼電器錯判率高，不夠可靠。

本系統(tǒng)采用NI發(fā)布的Lab-VIEW8.5軟件，通過對研華功能板卡的控制，實(shí)現(xiàn)對繼電器進(jìn)行自動測試和數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)消除了人為主觀因素的影響，高分辨率的研華功能板卡也使得測試結(jié)果的精度大大提高;對超小電流的測量采用霍爾電流傳感器進(jìn)行測量，解決了小電流的測試問題;特殊的電路設(shè)計(jì)可以一次性檢測繼電器多組觸點(diǎn)的好壞，降低了繼電器錯判率：測試數(shù)據(jù)自動存儲到數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的數(shù)據(jù)表內(nèi)，無需人為進(jìn)行測試數(shù)據(jù)記錄，把試驗(yàn)者從復(fù)雜繁瑣的測試中解放出來，節(jié)省了工作時間，提高了工作效率。

2.繼電器綜合測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文介紹的繼電器綜合測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，解決了兩大類繼電器--電壓繼電器盒時間繼電器的測試和測試數(shù)據(jù)的存儲問題。電壓繼電器需要測試的參數(shù)主要有吸臺電壓、釋放電壓、消耗電流、線圈電阻;時間繼電器的測試參數(shù)有接通延時時間、保持時問、斷開延時時間等。

2.1 吸合/釋放電壓的測試方案

系統(tǒng)利用LabVIEW軟件程序控制研華功能板卡。通過研華功能板卡控制程控電壓源，使它輸出電壓，此電壓被送于被測繼電器的線圈。逐步升高或降低輸出電壓，同時監(jiān)測繼電器的常開常閉觸點(diǎn)狀態(tài)，當(dāng)產(chǎn)品的觸點(diǎn)狀志轉(zhuǎn)換時，將此時程控電壓源電壓回讀端口的電壓值讀出，即測得吸合/釋放電壓。

2.2 消耗電流/線圈電阻的測試方案

給繼電器供電27伏時，利用霍爾電流傳感器測量消耗電流，測量結(jié)果直接由研華功能板卡讀出;測量線圈電阻時，先測量線圈電流，然后利用公式R=U/I即得線圈電阻值。

2.3 延時時間的測試方案

利用研華功能板卡上的計(jì)數(shù)器0輸出一系列方波，通過軟件讀取方波信號的高低電平個數(shù)，同時在繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換時讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，通過計(jì)算得出延時時間。

2.4 數(shù)據(jù)處理方案

使用LabVIEW的ActiveX自動化功能將測試數(shù)據(jù)存儲于Access數(shù)據(jù)庫中，使用LabVIEW的免費(fèi)工具包LabSQL訪問數(shù)據(jù)庠。

3.繼電器綜合測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由研華工控機(jī)、研華功能板卡、朝陽電源、測試接口箱及精確的霍爾傳感器組成。

3.1.1 研華工控機(jī)

工控機(jī)是系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理中心。該工控機(jī)是采用4U高14槽機(jī)架安裝工業(yè)整機(jī)，通用14槽無源底扳，4個PCI、8個ISA、取冷卻風(fēng)扇，前端接線的USB和PS/2鍵盤，I/O接口可以連接各種外部設(shè)備。具有穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、散熱性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.1.2 研華功能板卡

采用研華PCI-1716板卡用來對被測產(chǎn)品的信號進(jìn)行采集和處理。它是一款強(qiáng)大的高分辨率、多功能PCI數(shù)據(jù)采集卡。在系統(tǒng)中，我們利用PCI-1716的模擬輸出端輸出一個電壓值控制程控電壓源，將程控電壓源的回測電壓值及電流值送于PCI-1716的模擬輸入端、A/D轉(zhuǎn)換器：產(chǎn)品觸點(diǎn)的狀態(tài)于PCI-1716數(shù)字輸入端讀入，所有的延時時間由PCl-1716內(nèi)的計(jì)數(shù)器完成。PCI-1716扳卡有如下特點(diǎn)：

·PCI總線主控進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

·16路單端或8路差分A/D輸入。

·16位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率高達(dá)250KS/S.

·每個通道增益可編程。

·用于板載采樣FIFO緩沖器。IK采樣率。

·16位數(shù)字輸入和16位數(shù)字輸出。

·2個16位的D/A輸出。

·板載可編程計(jì)數(shù)器/定時器。其中1個計(jì)數(shù)器作為事件計(jì)數(shù)器，用于對輸入通道的事件或脈沖觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，另外兩個級聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)時的32位定時器。

·自動通道/增益掃描。用戶根據(jù)輸入電壓范圍的需要，為每個通道設(shè)置相應(yīng)的增益值。

3.1.3 朝陽電源

系統(tǒng)中，我們利用朝陽程控電源的電壓輸出端給繼電器供電，從它的電壓回饋端讀取電壓數(shù)據(jù)。它能夠提供0~35V,10A的寬電壓、大電流，它有遠(yuǎn)程遙控、電壓電流回測、可預(yù)置電壓電流保護(hù)值的過壓過流保護(hù)等特點(diǎn)，而且同時具有自動與手動調(diào)節(jié)功能。

3.1.4 測試接口箱

產(chǎn)品插座箱是接口部分，選用專用繼電器插座，測試產(chǎn)品時，只需將產(chǎn)品直接插入其對應(yīng)型號的產(chǎn)品插座，無需另外接線，測試完成后將產(chǎn)品取下即可，插座箱上同時增加了繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)(常開、常閉)指示燈，和一組繼電器觸點(diǎn)接線柱，包括常開、常閉、中間刀、線圈+、線圈-,對于沒有專有插座的繼電器，都可通過這些接線柱與繼電器連接，完成測試，同時這些接線柱也作校驗(yàn)用。

3.1.5 霍爾傳感器

如果被測試產(chǎn)品的線圈消耗電流在50毫安以下，則程控電源的電流范圍過大，小電流信號沒辦法準(zhǔn)確測量，故而采用霍爾電流傳感器作為小電流的測量。本系統(tǒng)采用了輸入電流范圍0-200mA.輸出為0-5v的霍爾電流傳感囂。

霍爾電流傳感器的工作原理為：當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時，原邊電流Ip一會產(chǎn)生磁力絨，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個微小的信號轉(zhuǎn)變成副邊電流Is,并存在以下關(guān)系式：Is*Ns=Ip*Np.其中，Np-原邊線圈匝數(shù)：Ns-副邊線圈匝數(shù)，一般取Np=1.電流傳感器的輸出信號是副邊電流Is,輸出電流經(jīng)過測量電阻Rm,則可以得到一個與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號與其它檢測電流元件相比，霍爾電流傳感器具有非接觸、長壽命、高精度、體積小、重量輕、線性度好、響應(yīng)快等特點(diǎn)。

測試系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

3.2 電路設(shè)計(jì)

圖2所示為繼電器綜合測試系統(tǒng)的電路原理圖。

如圖2所示：被測繼電器的中間刀接入PCI-1716板卡的數(shù)字地端，常開觸點(diǎn)(CK)、常閉觸點(diǎn)(CB)接入板卡的數(shù)字輸入端。只有一組觸點(diǎn)的繼電器可以用此方法直接測試，但大多數(shù)繼電器的觸點(diǎn)一般有兩組或兩組以上，為避免把某組觸點(diǎn)有問題的繼電器判斷為合格品，本測試系統(tǒng)采用了圖3所示電路連接方法。

該電路為兩組觸點(diǎn)的繼電器的連接電路。

將繼電器兩組觸點(diǎn)的中間刀串聯(lián)，而將其中一組的常閉觸點(diǎn)與另外一組的常開觸點(diǎn)相連作為中間刀，該中間刀接入研華板卡的DGND端。剩下剩下的常閉、常開觸點(diǎn)與研華板卡的數(shù)字輸入端和發(fā)光二極管相連，作為判斷繼電器觸點(diǎn)的狀態(tài)依據(jù)和指示。當(dāng)電源給線圈供電并達(dá)到繼電器接通狀態(tài)時，常開觸點(diǎn)與中間刀接通，被拉為低電平，而常閉觸點(diǎn)與中間刀斷開，電位升高(研華板卡的數(shù)字輸入端懸空時為高電平)。如果其中一組觸點(diǎn)損壞不能轉(zhuǎn)換，則繼電器的中問刀與常開常閉觸點(diǎn)均斷開，繼電器判斷未接通，這樣繼電器的兩組觸點(diǎn)全部被檢測到。兩組以上觸點(diǎn)的繼電器原理相同，可以把繼電器的兩組觸點(diǎn)連接電路當(dāng)成其中的組觸點(diǎn)與接下來的組觸點(diǎn)組成同樣只有“兩組觸點(diǎn)”的繼電器，以此類推，直到最后一組觸點(diǎn)。測試時，只要其中一組觸點(diǎn)損壞，繼電器的狀態(tài)都不會轉(zhuǎn)換，即可判斷繼電器不合格。該方法經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，大大降低了繼電器測試誤判率。

程控電壓源的接線端口除電壓輸出外，其余均集成于DB9接口，包括電壓調(diào)節(jié)、電壓回饋信號、電流回饋信號、輸出開關(guān)、電流TTL等端口。測試系統(tǒng)將程控電壓源的電壓輸出端與繼電器的線圈相連，將電壓信號調(diào)節(jié)端與研華PCI-1716板卡模擬輸出和模擬地相連;電壓回饋端送于PCI-1716的模擬輸入通道，輸出開關(guān)端與PCl-1716的數(shù)字輸出通道相連。系統(tǒng)通過控制研華PC-1716板卡輸出一電壓值控制程控電壓源輸出電壓。由程控電源的電壓回饋端讀取繼電器接通或斷開時的電壓，通過對數(shù)字端口的控制，實(shí)現(xiàn)對程控電壓源輸出的控制。

將繼電器線圈的正端按照霍爾傳感器標(biāo)示的電流方向穿過，將霍爾傳感器的輸出端“M”直接接PCI-1716板卡的模擬輸入端，測試時由此端將繼電器的消耗電流讀出。

延時繼電器的測量使用PCI-1716自帶的定時/計(jì)數(shù)器82C53進(jìn)行，使計(jì)數(shù)器0工作在方波速率發(fā)生器方式，將計(jì)數(shù)器0的輸出端接入PCI-1716的數(shù)字輸入端，用軟件讀取該方波發(fā)生的個數(shù)再加上計(jì)數(shù)器0的讀數(shù)來測量時間。

4.繼電器綜臺測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

測試程序的設(shè)計(jì)根據(jù)研華板卡提供的LabVIEW驅(qū)動函數(shù)，先將常用函數(shù)打包成程序需要的子vi.編程時便于調(diào)用，不僅簡化程序序，而且節(jié)省了編程時間。常用驅(qū)動函數(shù)有DeviceOpen.vi(打開由設(shè)備號指定的設(shè)備);DeviceClose.vi(關(guān)閉設(shè)備)：DioWritePortByte.vi(向指定的數(shù)字端口寫數(shù)據(jù));DIOReadPortByte.Vi(從指定教字端口讀取數(shù)據(jù))等。打包后的常用文件有讀取觸點(diǎn)狀態(tài)。vi,電源開關(guān)。vi,輸入電壓。vi等。

程序流程圖如圖4所示：

測試過程中，電壓電流測量結(jié)果均采用多次采集取平均值的方法，保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時在測試方法上，適當(dāng)增加延時，消除抖動因素，保證測量的可靠性。

5.結(jié)論

基于LabVIEW的繼電器測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，己經(jīng)過多臺設(shè)備的驗(yàn)證，因其系統(tǒng)界面友好、操作簡單、維護(hù)方便，測量穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 解決了兩大類繼電器--電壓繼電器盒時間繼電器的測試和測試數(shù)據(jù)的存儲問題，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。