LabVIEW的互感器测试数据管理系统设计
LabVIEW的互感器测试数据管理系统设计电气与自动化工程[20200121204140]
摘要
互感器是依据比例变换电压或者电流的设备，是低压电器产品中的基本元件，产品的质量和性能直接影响低压电器产品的精度和可靠运行。在互感器装配进入低压电器产品前需对其各项性能进行检测。为了确保测试数据的精度与准确性，如何构建互感器测试数据管理系统，成为一个值得研究的问题。
本文首先对互感器在当今社会发挥的重要作用，测试数据管理系统设计的意义、研究现状进行了介绍；在分析了互感器测试数据管理系统功能需求后，开发一套基于虚拟仪器技术的互感器测试数据管理系统。系统由工控机、多功能数据采集卡等硬件，结合在LabVIEW 7虚拟仪器平台上开发的软件组成，简要的论述了管理系统的硬件组成及其选择原则，详细的介绍管理系统软件的设计思想和结构进行。最后，通过应用举例来证明该数据管理系统能对互感器测试数据进行可靠、安全、准确的管理，操作简单且具有良好的抗干扰能力等优点。因而，此系统发展前景可观且具备推广价值。
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关键字:虚拟仪器技术互感器测试数据管理系统
目 录
摘要 I
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 互感器测试的行业特点 1
1.3 国内外研究概况 2
1.4 测试数据管理系统构成以及特征 3
1.4.1 测试数据管理系统构成 3
1.4.2 测试数据管理系统特征 4
1.5 主要研究内容及论文结构 5
第2章 虚拟仪器技术 6
2.1 虚拟仪器概述[12,13] 6
2.2 虚拟仪器的构成[14-16] 6
2.2.1 虚拟仪器硬件系统 6
2.2.2 虚拟仪器软件系统 7
2.3 虚拟仪器的特点及优势 7
2.4 虚拟仪器技术编程软件[20-25] 9
2.5 本章小结 10
第3章 高精度互感器测试数据的采集 11
3.1 高精度数据采集系统功能要求 11
3.2 系统设计思路 11
3.2.1 虚拟仪器信号采集系统组建方案 11
3.2.2 虚拟仪器信号采集系统的工作流程 12
3.3 数据采集系统总体设计 12
3.3.1 系统的总体构成 12
3.3.2 数据采集系统工作原理 12
3.4 数据采集系统硬件设计 13
3.4.1 电压传感器选择 13
3.4.2 电流互感器的选择 14
3.4.3 多功能数据采集卡的选择 15
3.4.4 测试信号接入数据采集卡接线方式选择 17
3.5 数据采集系统软件设计 18
3.5.1 软件结构设计 19
3.5.2 数据实时采集模块软件设计 19
3.5.3 电量参数计算模块设计 22
3.5.4 电量参数数据采集系统界面设计 24
3.6 本章小结 25
第4章 互感器测试数据通信技术 26
4.1 常见低压电器组网协议 26
4.1.1 Modbus协议组网 26
4.1.2 Profibus协议组网 26
4.1.3 DeviceNET协议组网 27
4.2 Modbus协议[46] 28
4.2.1 查询—回应周期 28
4.2.2 传输方式 29
4.2.3 错误检测方法 29
4.2.4 Modbus消息帧 30
4.3 低压电器的“四遥”功能 31
4.4 互感器测试数据通信系统构成 31
4.5 通信功能系统硬件设计 31
4.5.1 计算机的选择 31
4.5.2 通信转换接口选择 32
4.6 通信功能系统软件实现 32
4.6.1 LabVIEW串口编程 33
4.6.2 基于LabVIEW实现互感器测试数据通信功能关键程序 34
4.7 本章小结 37
第5章 互感器测试数据管理系统设计 38
5.1 互感测试数据管理系统总体设计思路 38
5.2 互感器测试数据管理系统体系结构设计 38
5.3 测试数据管理系统硬件的选择和设计 38
5.3.1 测试数据管理系统计算机的选择 38
5.3.2 多功能数据采集卡的选择 39
5.3.3 测试信号采集与调理电路 39
5.3.4 通信电路 40
5.4 测试数据管理系统的软件设计 40
5.4.1 软件设计思想 40
5.4.2 软件结构设计 41
5.4.3 软件设计流程 42
5.5 测试系统的应用 43
5.5.1 电流互感器测试数据管理系统总体功能 44
5.5.2 被测产品型号与测试项目数据管理 44
5.5.3 测试数据管理 45
5.5.4 测试报表数据管理 45
5.6 本章小结 46
第6章 总结与展望 47
6.1 总结 47
6.2 论文的不足之处及研究展望 47
参考文献 48
致谢 50
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
互感器是指根据比例变换电流或者电压的设备。主要能实现将大电流或高电压依据比例变换成标准的低电压（值为100V）或者标准小电流（额定值为5A或1A）。随着科技的不断发展，互感器在电力系统中起着极其重要的作用。在电力工业中，发展什么电压等级和规模的电力系统，必须要发展为之提供测量、保护等其他需要的相应电压等级和准确度的互感器[1]。
步入21世纪后，伴随国民经济快速、稳定以及发电设备持续、迅猛的提升发展，我国低压电器的发展水平也持续增快。我国发电设备蓬勃发展，参考往年数据，每年的新增装机容量高于平均7000万千瓦的水准。发电设备以这么惊人的速度增长，在世界上也是罕见的。这些年来，国内低压电器年平均产值增长达15%以上，杰出的企业年增长率能够突破30%。在国际上，我国的整体用电水平仍然较低，所以我国电力工业特别是低压电器行业仍有很大的发展空间。根据预测至2020年低压电器总产值将突破1000亿[2]。
根据国际标准IEC60947-2、国家标准GB14048.2、3C认证标准以及企业产品标准等其他要求，互感器产品需进行出厂检定合格后方能出厂[3-6]。检定合格的产品方能在用户使用时发挥其正常功用。随着制造业水平的快速发展，互感器的等级和精度越来越高，规格型号增多，企业及用户也更加关注产品的质量。出厂检测的项目及种类繁多导致互感器测试中产生的数据也越来越多。伴随新材料、新技术、新工艺的大量应用以及不断增长的电力的传输容量，不断完善提高的的电网电压的等级以及保护要求，以前的单机或者前置机-后置机的数据管理方法已经不能满足新环境下的测试需求了。为了更加快速、全面和系统地掌握、管理和更新互感器产品的性能数据，电力产品认证部门和专业试验机构对开发方便实用且高性能的互感器测试数据管理系统的需求十分紧迫[7]。
1.2 互感器测试的行业特点
互感器产品的测试具有明显的行业特点，传统的测试系统采用不同的检测装置对产品不同的性能进行检测，但单独使用任何一种检测技术对于测试系统的整体功能来说都是不完整的，测试系统的构建需要多种相关技术以及手段互相配合完成，譬如需对量测、数据采集分析和处理、虚拟仪器技术、机电一体化、传感设备、软件技术、通信技术以及相关的专业背景的测试测量方法等有深刻的理解。互感器产品测试行业自身具有的特点如下[8]：·
摘要
互感器是依据比例变换电压或者电流的设备，是低压电器产品中的基本元件，产品的质量和性能直接影响低压电器产品的精度和可靠运行。在互感器装配进入低压电器产品前需对其各项性能进行检测。为了确保测试数据的精度与准确性，如何构建互感器测试数据管理系统，成为一个值得研究的问题。
本文首先对互感器在当今社会发挥的重要作用，测试数据管理系统设计的意义、研究现状进行了介绍；在分析了互感器测试数据管理系统功能需求后，开发一套基于虚拟仪器技术的互感器测试数据管理系统。系统由工控机、多功能数据采集卡等硬件，结合在LabVIEW 7虚拟仪器平台上开发的软件组成，简要的论述了管理系统的硬件组成及其选择原则，详细的介绍管理系统软件的设计思想和结构进行。最后，通过应用举例来证明该数据管理系统能对互感器测试数据进行可靠、安全、准确的管理，操作简单且具有良好的抗干扰能力等优点。因而，此系统发展前景可观且具备推广价值。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:虚拟仪器技术互感器测试数据管理系统
目 录
摘要 I
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 互感器测试的行业特点 1
1.3 国内外研究概况 2
1.4 测试数据管理系统构成以及特征 3
1.4.1 测试数据管理系统构成 3
1.4.2 测试数据管理系统特征 4
1.5 主要研究内容及论文结构 5
第2章 虚拟仪器技术 6
2.1 虚拟仪器概述[12,13] 6
2.2 虚拟仪器的构成[14-16] 6
2.2.1 虚拟仪器硬件系统 6
2.2.2 虚拟仪器软件系统 7
2.3 虚拟仪器的特点及优势 7
2.4 虚拟仪器技术编程软件[20-25] 9
2.5 本章小结 10
第3章 高精度互感器测试数据的采集 11
3.1 高精度数据采集系统功能要求 11
3.2 系统设计思路 11
3.2.1 虚拟仪器信号采集系统组建方案 11
3.2.2 虚拟仪器信号采集系统的工作流程 12
3.3 数据采集系统总体设计 12
3.3.1 系统的总体构成 12
3.3.2 数据采集系统工作原理 12
3.4 数据采集系统硬件设计 13
3.4.1 电压传感器选择 13
3.4.2 电流互感器的选择 14
3.4.3 多功能数据采集卡的选择 15
3.4.4 测试信号接入数据采集卡接线方式选择 17
3.5 数据采集系统软件设计 18
3.5.1 软件结构设计 19
3.5.2 数据实时采集模块软件设计 19
3.5.3 电量参数计算模块设计 22
3.5.4 电量参数数据采集系统界面设计 24
3.6 本章小结 25
第4章 互感器测试数据通信技术 26
4.1 常见低压电器组网协议 26
4.1.1 Modbus协议组网 26
4.1.2 Profibus协议组网 26
4.1.3 DeviceNET协议组网 27
4.2 Modbus协议[46] 28
4.2.1 查询—回应周期 28
4.2.2 传输方式 29
4.2.3 错误检测方法 29
4.2.4 Modbus消息帧 30
4.3 低压电器的“四遥”功能 31
4.4 互感器测试数据通信系统构成 31
4.5 通信功能系统硬件设计 31
4.5.1 计算机的选择 31
4.5.2 通信转换接口选择 32
4.6 通信功能系统软件实现 32
4.6.1 LabVIEW串口编程 33
4.6.2 基于LabVIEW实现互感器测试数据通信功能关键程序 34
4.7 本章小结 37
第5章 互感器测试数据管理系统设计 38
5.1 互感测试数据管理系统总体设计思路 38
5.2 互感器测试数据管理系统体系结构设计 38
5.3 测试数据管理系统硬件的选择和设计 38
5.3.1 测试数据管理系统计算机的选择 38
5.3.2 多功能数据采集卡的选择 39
5.3.3 测试信号采集与调理电路 39
5.3.4 通信电路 40
5.4 测试数据管理系统的软件设计 40
5.4.1 软件设计思想 40
5.4.2 软件结构设计 41
5.4.3 软件设计流程 42
5.5 测试系统的应用 43
5.5.1 电流互感器测试数据管理系统总体功能 44
5.5.2 被测产品型号与测试项目数据管理 44
5.5.3 测试数据管理 45
5.5.4 测试报表数据管理 45
5.6 本章小结 46
第6章 总结与展望 47
6.1 总结 47
6.2 论文的不足之处及研究展望 47
参考文献 48
致谢 50
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
互感器是指根据比例变换电流或者电压的设备。主要能实现将大电流或高电压依据比例变换成标准的低电压（值为100V）或者标准小电流（额定值为5A或1A）。随着科技的不断发展，互感器在电力系统中起着极其重要的作用。在电力工业中，发展什么电压等级和规模的电力系统，必须要发展为之提供测量、保护等其他需要的相应电压等级和准确度的互感器[1]。
步入21世纪后，伴随国民经济快速、稳定以及发电设备持续、迅猛的提升发展，我国低压电器的发展水平也持续增快。我国发电设备蓬勃发展，参考往年数据，每年的新增装机容量高于平均7000万千瓦的水准。发电设备以这么惊人的速度增长，在世界上也是罕见的。这些年来，国内低压电器年平均产值增长达15%以上，杰出的企业年增长率能够突破30%。在国际上，我国的整体用电水平仍然较低，所以我国电力工业特别是低压电器行业仍有很大的发展空间。根据预测至2020年低压电器总产值将突破1000亿[2]。
根据国际标准IEC60947-2、国家标准GB14048.2、3C认证标准以及企业产品标准等其他要求，互感器产品需进行出厂检定合格后方能出厂[3-6]。检定合格的产品方能在用户使用时发挥其正常功用。随着制造业水平的快速发展，互感器的等级和精度越来越高，规格型号增多，企业及用户也更加关注产品的质量。出厂检测的项目及种类繁多导致互感器测试中产生的数据也越来越多。伴随新材料、新技术、新工艺的大量应用以及不断增长的电力的传输容量，不断完善提高的的电网电压的等级以及保护要求，以前的单机或者前置机-后置机的数据管理方法已经不能满足新环境下的测试需求了。为了更加快速、全面和系统地掌握、管理和更新互感器产品的性能数据，电力产品认证部门和专业试验机构对开发方便实用且高性能的互感器测试数据管理系统的需求十分紧迫[7]。
1.2 互感器测试的行业特点
互感器产品的测试具有明显的行业特点，传统的测试系统采用不同的检测装置对产品不同的性能进行检测，但单独使用任何一种检测技术对于测试系统的整体功能来说都是不完整的，测试系统的构建需要多种相关技术以及手段互相配合完成，譬如需对量测、数据采集分析和处理、虚拟仪器技术、机电一体化、传感设备、软件技术、通信技术以及相关的专业背景的测试测量方法等有深刻的理解。互感器产品测试行业自身具有的特点如下[8]：·
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