基于LabVIEW的SeaRay海底电缆测试仪的设计与实现

2019-09-10李铭陆响晖

科学导报·科学工程与电力 2019年39期

李铭陆响晖

【摘要】针对海洋地震勘探SeaRay海底电缆检修的需求，采用LabVIEW编程语言和工业计算机为软、硬件平台，对海底电缆传输原理进行了研究。确定了海底电缆测试仪的组成架构，设计主要由4块64路继电器，一块绝缘电阻测试模块和一个工控机组成，且配备触摸屏方便野外操作。工控机配套有基于LabVIEW编写的测控程序，工控机通过RS485总线把继电器阵列模块和测试模块连接在一起，实现了快速、自动化检测电缆芯线通断和芯线间绝缘状况的易用性解决方案。

【关键词】LabVIEW;直流电阻和绝缘;传输理论;测试方法

Design and implementation of SeaRay ocean bottom cable tester based on LabVIEW

Abstract：In order to meet the needs of SeaRay ocean bottom cable maintenance in marine seismic exploration，the transmission principle of ocean bottom cable is studied by using LabVIEW programming language and industrial computer as software and hardware platform.The structure of ocean bottom cable tester is determined.The design is mainly composed of four 64 way relays，one insulation resistance test module and one industrial computer，and equipped with touch screen to facilitate field operation.The industrial control computer is equipped with a measurement and control program based on LabVIEW.The industrial control computer connects the relay array module and the test module through RS485 bus，so as to realize an easy-to-use solution for fast and automatic detection of the on-off of cable cores and the insulation between cores.

Key words：LabVIEW;DC resistance and insulation;transmission theory;test method

1 引言

由于SeaRay海底電缆结构的特殊性，在检修过程中需要检测的参数多，相对于工程维修型测试仪的笨重、精确及全面，野外型电缆测试仪要求易移动、操作方便且有较好的抗野外恶劣条件的性能，而在测量精确性、全面性角度方面，相对较低，精确度和全面性要求为能较为准确的反映电缆是否存在故障并确认故障类型。

2 SeaRay海底电缆电性能测试方法的研究

2.1 SeaRay海底电缆的物理性能和技术指标

2.1.1SeaRay海底电缆的物理性能

SeaRay海底电缆（数传）内部结构示意图，包括：

四对低衰减数传线对，既八条数传环路。每100m衰减应小于7.25dB，反射系数小于0.09（2M一12MHz），近端串音大于56dB（2M～8MHz），直流阻抗140 ）;

两对电源开启命令线（22AWG）和四对电源线（15AWG）;

一对辅助道（22AWG）和一对安全命令控制线（22AWG）;

一对地线（20AWG）。

图1 SeaRay海底电缆内部结构示意图

2.1.2 SeaRay海底电缆的技术指标

SeaRay海底电缆（数传）应广泛地适用于各种复杂地表及恶劣的野外工作环境，经受频繁搬动和运输颠簸而不影响它的物理性能、内部结构和技术指标。

1）温度：工作温度范围：一45℃～+70℃

存储温度范围：一55℃～+85℃

2）柔性：用电缆围成一个内径为12cm的圆圈垂直这个圆圈施加5N的力，至少压扁lcm。

3）柱面度：在电缆任意50ram长的一段上测量直径，最大误差应该<0.3mm。

4）耐压性在数传电缆的任意两根导线上，加上1000V的高压，持续ls，不损坏。

根据SeaRay海底电缆有关技术资料，电缆的主要技术指标：

3 仪器硬件设计与实现

海底电缆野外检测仪其硬件部分主要由4块64路继电器，一块绝缘电阻测试模块和一个工控机组成，且配备触摸屏方便野外操作。下图为系统的组成架构。工控机配套有基于LabVIEW编写的测控程序，工控机通过RS485总线把继电器阵列模块和测试模块连接在一起，测试交互通过触摸显示器进行。

3.1仪器整体设计思想

图2仪器整体设计

3.2 继电器阵列

图3 测量直流电阻的继电器阵列示意图

图4 测量绝缘电阻的继电器阵列示意图

3.3 电缆直流电阻测试模块

图5 直流电阻测量电路

图6 测量直流电阻电路示意图

使用公式

3.4 电缆绝缘电阻模块

图7 测量绝缘电阻的电路

4 仪器软件设计与实现

电缆测试仪软件主要包括以下几个部分：主界面、系统参数配置模块、测试模板配置模块、电缆测试模块。其中主界面提供各个模块的入口。

4.1 窗体界面设计

图8 仪器操作界面

图12 仪器系统界面

图13测试模板配置界面

图14 测试仪主程序框图

4.2串行通信协议设计

表2

要测试的参数设定的协议

测试直流电阻 10H

测试直流电阻和绝缘电阻 15H

测试直流电阻和特性阻抗 20H

测试直流电阻和绝缘电阻和特性阻抗 30H

測试绝缘电阻 50H

测试绝缘电阻和特性阻抗 55H

测试特性阻抗 70H

4.3 端通信技术

在该仪器中，要遇到机与单片机系统通信的问题。由于机和单片机都具有串口，因此经常使用串口完成二者之间的数据交换。这就需要在端设计相应的串口通信程序。下面介绍在环境下编写串口通信程序的方法。

程序的初始化部分主要完成对串口的设置工作，包括串口的选择、波特率及帧结构设置、打开串口以及发送和接收触发的时间控制等。此外，在程序运行前，还应该进行清除发送和接收缓冲区的工作。这部分工作是在窗体载入的时候完成的，因此应该将初始化代码放在函数中，双击编辑界面中的窗体部分，在函数中添加如下代码，这样就完成了程序初始化的工作。

MSComm.CommPort=2 ’设置串口2

MSComm.Settings=“9600，N，8，1” ’波特率9600bit/s，无校验，8位数据，1位停止位

MSComm.InputLen=0 ’读取接收缓冲区的所有字符

MSComm.InBufferSize=1024’设置接收缓冲区为1024字节

MSComm.OutBufferSize=512 ’设置发送缓冲区为512字节

MSComm.PortOpen=True ’打开串口

MSComm.SThreshold=0 ’不触发发送事件

MSComm.RThreshold=1 ’每一个字符到接收缓冲区都触发接收事件

MSComm.InBufferCount=0 ’清除发送缓冲区

MSComm.OutBufferCount=0 ’清除接收缓冲区数据

End Sub

完成了通信过程的主要功能后，还需要对接收到的数据进行数据计算处理。根据相应的公式计算出各个参数。