LabVIEW 在智能高压开关机械特性测试中的应用

毛志宽 寇新民 马东岭

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467000）

0 引言

随着智能电网建设的推进，智能高压开关的需求越来越大，而机械特性是衡量智能高压开关性能的重要参数之一。目前，业内主要使用KOCOS 进行开关机械性能的检测，且在进行开关机械性能检测时，仍然在使用传统的模拟传感器用于位移信号的测量，而不使用智能高压开关设备上安装的高精度数字式位移传感器。笔者认为主要原因是测量时二者供电电平不一致，导致二者不能同时使用。

美国国家仪器公司(NI 公司)的产品在数据采集、仪器控制、仿真等领域极富盛名。笔者使用NI 公司的LabVIEW 软件及数据采集板卡，搭建了一套用于智能高压开关机械特性检测的平台，经实验检验，具有一定的使用价值。

1 硬件选型及物理连接

NI PXI-6281 是一款高精度多功能M 系列数据采集(DAQ)模块，经优化可提供18 位模拟输入精度，同时具有24 条数字I/O 线；2 个32 位、80 MHz 计数器等资源[1-4]。笔者使用PXI-6281 数据采集板卡，采集智能高压开关设备上的位移信号、分合闸线圈电流信号、断口信号，用于机械特性的计算分析。

智能高压开关用数字式位移传感器输出信号为差分脉冲对(A+/A-,B+/B-)，且工作电源为5VDC，需将差分脉冲对转为单端脉冲信号后接入板卡PXI-6281。小电流传感器用于监测分合闸线圈电流值，其输出信号为差分模拟量，可直接将差分模拟信号接入板卡PXI-6281。PXI-6281 的数字输入通道可实现断口信号的采集。

2 软件实现

LabVIEW 是一种图形化编程语言，且包含功能丰富的软件包，使用LabVIEW 开发能够从繁琐的代码编写和调试过程中解脱出来，仅需选择软件包中不同的子VI，然后完成各子VI 之间的连线即可[5]。

程序的核心部分主要在三个while 循环内实现，以便实现连续的数据采集与机械特性计算分析。循环一的主要功能是独立获取三个采样通道的采样数据，进行数据简单处理之后，将三个通道的采样数据以二维数组的形式存入队列A。循环二的主要功能为通过阈值触发模块，实现大量无效采样数据与较小有效采样数据的分离及存储，若阈值触发则将截取的采样数据存入队列B。循环三的主要功能为获取队列B 中的有效采样数据，并进行机械特性的计算与分析。

首先使用6281/Ctr0 产生指定频率(15KHz)的时基信号，通过PFI接口作为三个采样通道的时钟源。使用”CI 角度编码器VI”创建位移信号的采集通道。位移采集通道的默认数据为转轴的角度值，通过S近似转换为直线位移值，其中220 为动触头的行程，78 为机构的额定转角，ω 为转轴的转角。使用”数字输入VI”和”AI 电压VI”分别创建断口、分合闸线圈电流采集通道。在while 循环内将三个通道的数据以二维数组的形式存入队列A 中。

循环二的主要功能为从队列A 中获取采样数据，同时进行数据的遍历与阈值触发的检查。如果满足阈值触发的条件，则截取设定采样长度的有效数据存入队列B，同时将截取固定采样长度的数据以文件的格式进行本地存盘，否则继续进行阈值触发的检查。如果超过设定时间，无阈值触发，则清空队列A，以减少内存的压力。

循环三的主要功能是实现机械特性的计算分析与波形的显示。首先获取队列B 中的有效采样数据，并对二维数组进行遍历，获取每个采样通道的数据。遍历位移通道的数据，获取位移通道的起始值与结束值，二者之差即为断路器的行程。遍历断口通道数据的第一次跳变位置，并记录数据跳变位置的索引(断口索引)。由于三个通道是同步采集，因此由断口索引可以获取断口位移和断口时间。零点时间通过“瞬态特性测量VI”根据设定好的参考电平值获取，零点时间除以采样频率得到零点索引，根据零点索引遍历时标通道数据得到零点时间。断口时间减去零点时间得到分闸时间(或合闸时间)[6-8]。根据“分前合后10ms”的原则[9-12]，由断口索引加(减)10ms 时间对应的采样点数，即可得到分合闸参考位移索引。由分合闸参考位移索引，遍历位移通道数据，即可得到分合闸参考位移，再除以10ms，即得到分合闸速度。流程图如图1 所示。

图1 机械特性计算分析Fig.1 Calculation and analysis of mechanical characteristic

3 实验与数据

为了验证NI 平台计算结果的准确性，使NI 平台与KoCos 进行同步采集，测试数据如下。

图2 软件界面显示Fig.2 Display of the software interface

表1 NI 平台与KoCoS 同步计算结果对比Table.1 Synchronous calculation results of NI platform and KoCoS

4 结束语

笔者使用NI 公司的多功能数据采集板卡，采集智能高压开关机械特性测试过程中的传感器信号，通过labVIEW 编程，开发出用于智能高压开关设备机械特性计算的软件。为了检验机械特性计算结果的准确性，将NI 平台的采集与分析系统与KoCoS 平台，搭建在一起，同时对同一次分合操作进行测量，通过同步采集结果的可知，整个系统具有较高的计算精度。

［1］DAQ M Series User Manual-NI 622X NI 625X NI 628X Device[Z].National Instruments,2008.

［2］DAQ M Series-NI 6238/6239 User Manual[Z].National Instruments,2006.

［3］DAQ NI 660X User Manual[Z].National Instruments,2009.

［4］DAQ NI 671X/673X User Manual[Z].National Instruments,2002.

［5］龙华伟，顾永刚，等.LabVIEW 与DAQ 数据采集[M].北京：清华大学出版社，2008.

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［8］陈锡辉,张银鸿.LabIEW8.2 程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

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［10］孟永鹏，贾申利.真空断路器机械特性的在线监测方法[J].高压电器，2006(3)：12-14.

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