基于移动端的继电保护自动测试平台研究

邹庆年，周奇

（广州供电局有限公司变电管理三所，广东 广州 511400）

0 前言

近五年来，继电保护装置自动测试技术飞速发展，各测试仪生产厂家、保护装置生产厂家、中国电科院等纷纷提出了自己的自动测试方法和测试系统：采用测试端电脑作为测试软件的控制终端，连接至交换机，继电保护测试仪和被测保护装置分别用网线连接至交换机，以此形成通信链路，测试仪和保护装置之间采用光纤连接，形成测试闭环[1-5]。

自动测试系统在一定程度上实现了测试过程和测试报告填写的自动化，提高了现场作业的效率。但由于测试端一般采用PC机，每次测试作业时，都要先将PC机与测试仪连接，两者经调试联机成功后，才能进行测试作业[6-9]。且测试完成后生成的测试报告存在PC机磁盘，测试管理中心不能实时查看测试结果[10-12]，作业表单的填写也采用手动方式，表单数据填写数量巨大，尚没有形成完整的智能测试闭环，测试作业没有完全实现自动化与智能化。

针对以上问题，本文研究了一种基于移动端的继电保护自动测试平台，采用带工控机的测试仪代替常规测试仪，将自动测试软件安装在工控机上，用工控机作为整个测试任务的控制终端，完成整个测试过程的自动执行。同时，该测试仪硬件增加无线模块，可通过无线网络与Android/IOS系统的平板通讯，进行测试报告的下载，并上传至表单系统，方便现场测试人员进行测试报告的查看和管理。

1 系统整体设计

为了实现现场测试时，测试报告的统一管理，作业表单的自动填写，该自动测试平台必须满足以下要求：测试过程的标准化、测试报告数据格式的标准化、测试过程的智能闭环以及文件的无线传输。为此，本文将从硬件设计和软件设计两个方面进行整个平台的阐述，硬件结构体现了整个自动测试平台的整体布局，将测试控制终端和测试仪器有效集成在一起，使整个平台更加集成化和高效化；软件设计采用分层结构和模块化的设计思想，将自动测试部分，报告无线传输部分，作业表单管理部分有效隔离，按功能分别集成，使数据流程更加清晰，数据管理更加方便规范。

1.1 自动测试平台硬件设计

自动测试平台硬件部分抛弃常规继电保护自动测试平台采用PC机作为测试控制终端的做法，采用继电保护测试仪自带的工控机作为测试控制终端，由该工控机发送测试命令给测试仪的测试模块，完成测试相关工作。在测试仪内部，工控机、测试模块通过交换机相连，被测保护装置通过网线连接到测试仪的交换机，实现与工控机通讯，同时通过光纤连接到测试仪的测试模块，以实现测试模块与被测装置之间的数据交互。测试仪内部还集成有无线模块，用于发送无线信号，实现移动端与工控机之间无线数据传输。

1.2 自动测试平台软件设计

自动测试平台的软件架构采用模块化的设计思想，软件总体架构如图2所示。按照功能分类，将整个平台软件集成为三个部分：自动测试系统、无线传输系统和云端/表单系统。

自动测试系统软件安装在工控机上，负责测试模板编辑，报告模板编辑，测试过程执行等。无线传输系统软件分为客户端和服务器，服务器安装在工控机上，客户端安装在Android/IOS系统平板上，客户端和服务器通过测试仪的无线模块发送的无线信号，进行测试报告的传输。云端/表单系统负责测试任务、作业表单和测试报告的统一管理。

图1 自动测试平台硬件结构

图2 自动测试平台软件设计

2 测试仪设计

2.1 硬件设计

测试仪主机硬件结构如图3所示，采用高速、高可靠性可编程逻辑芯片，完成以太网控制、报文收发处理、数据格式控制、光功率测量以及同步控制。主要包括ARM&DSP板，FPGA板，GPS接收电路、B码接收电路，无线模块，开关量模块，模拟量模块和工控机。

ARM&DSP板上集成有ARM芯片和DSP芯片，FPGA板上集成有数据处理及光口、组数分配单元，8路带光功率测量的光口以及6路FT3。ARM&DSP板中的ARM用作和工控机通信，通过以太网接收来自工控机上自动测试软件的命令及上传给自动测试软件采样值、GOOSE探测结果。ARM把接收到的命令下达给DSP，由DSP产生相应的数字化的正弦波信号，然后DSP通过和FPGA之间的地址总线、数据总线、控制信号把数据及命令下发给FPGA，FPGA中的数据处理及光口、组数配置单元根据接收到的命令确定本次操作。

在数据处理及光口、组数配置单元中，会对接收到的采样值、GOOSE数据采用PCAP格式重新组装以便对这些数据的分析。同时会在相应的位置打上来自IEEE1588或GPS或B码的时间戳，以便进行离散度分析。

IEEE1588信息通过8路光口的其中一路与FPGA进行交互。而光功率测量也是通过带有光功率测量功能的光口自动实现的。

图3 测试仪硬件设计

2.2 软件设计

2.2.1 系统整体软件设计

测试仪的工控机搭载实时操作系统，负责管理人机交互工作，整个系统具有极高的稳定性和可靠性。DSP根据ARM下发的命令，产生相应的数字化正弦波信号[13-14]，经由地址总线、数据总线和控制信号把数据下发给FPGA，由FPGA进行处理后，确定本次操作类型，并驱动相应模块输出相应数据。系统软件流程如图4所示。

2.2.2 自动测试系统软件设计

自动测试系统软件在设计上采用模块化、层次化、结构化的设计思想，将整个测试软件分为三层：测试仪测试模块控制接口层、自动测试层和测试方案开发层[15-16]：

测试仪测试模块接口层为测试仪测试模块的控制接口，是一个独立的可执行程序，通常开放COM接口，供自动测试主程序调用，并提供被测保护装置所有功能的服务接口；自动测试层为自动测试软件的主程序，包括控制中心，通信模块和报告模块，实现测试命令的自动执行、测试结果的自动判断及测试报告的自动生成；测试方案开发层是一个二次开发平台，编辑生成装置测试方案，是另一个独立的可执行程序。

图4 系统软件流程图

图5 自动测试软件结构图

2.2.3 自动测试流程与智能测试闭环

根据测试方案二次开发平台开发编辑好的测试方案，包括报告模板和测试模板，自动测试执行测试，研究的基于移动端的继电保护自动测试平台，利用移动端实现测试任务下载，测试过程控制，测试结果及作业表单上传等功能，可以形成完整的智能测试闭环，使测试作业管理更加科学规范。

3 标准化接口设计

在测试方案编辑时，定义了报告模板文件，为一个Word文档，描述了标准的报告格式，规定了测试所有参数数据在文档中的位置。自动测试完成后，根据报告模板文件，能自动生成标准的测试报告，将测试模板中的参数数据，结果数据自动写入Word文档中对应的位置，具体位置的定义是通过书签的方式实现的。测试结束后，还自动生成了报告数据文件，具体为一个XML格式的文档，采用标准的XML语法[17-18]，记录测试报告的所有数据。

为能实现将测试数据自动填入云端/表单系统中，形成统一格式的现场表单，需要设计云端/表单系统与自动测试系统的数据接口，使得云端/表单系统能够自动读取测试报告数据，并按照特定的规则，自动录入表单模板文件中，生成具体的现场表单。

3.1 自动测试系统与表单系统接口

云端/表单系统为每一个需要录入的数据都定义了唯一的标识，自动测试系统的Word报告对每一个填入Word文档的数据有唯一的标识。因此两个系统实现接口就是要建立两个系统的唯一数据的映射关系。从图2可以看出，云端/表单系统和自动测试系统进行交互的只有第二步和第七步，这两次交互都是数据的交互。其中：

第二步，表单编辑器导入Word报告模板。自动测试系统的Word报告模板文件，使用书签进行数据填写定位，书签有两种类型：数据填写标签、区域定义标签。数据填写标签，在需要填写报告数据的位置（只能是表格的格子）的书签；区域定义标签，用于定义Word报告的一个区域，对应于测试模板的一些大的项目分类，区域标签不定义在表格的格子中。书签在一个文档中是唯一的。因此，在导入报告模板文件时，表单编辑器检测模板文件的表格的每个单元格是否含有书签，如果有，则建立一个表单模板文件的数据填写对象，该数据对象采用唯一的书签进行标识，书签直接使用Word模板文件的书签。这样就为两个数据建立了映射关系。

第七步，导入报告数据文件，生成现场表单。在读取报告数据文件时，需要根据具体数据与表单的映射关系，将具有映射关系的数据填入表单模板中对应的位置，以此生成现场表单。为此，需要在导出的报告数据文件中，对具体数据进行标识，标识直接采用Word模板文件的标签，这样具体的数据与Word报告模板、表单模板都通过同一个书签标识建立了映射关系。导出的报告数据文件格式如下：

其中，report节点为报告数据文件的根节点；value节点为具体的报告数据节点，该节点具有两个属性，id属性标示书签的标识，val属性标示报告数据的值。

3.2 自动测试系统与无线传输系统接口

在自动测试完成后，生成的标准格式的Word测试报告文件，存放于工控机本地指定路径下，不能进行现场实时查看，也不能进行统一管理。为此，本文通过无线传输系统，将工控机本地的Word测试报告文件，传输给Android/IOS系统的移动端，方便测试人员进行现场查看，并有选择地上传至云端/表单系统，进行统一管理。

进行文件传输时，由测试仪自带的无线模块，发送无线信号，信号覆盖范围为5 m，由移动端自动搜索无线信号，进行密码验证后建立连接。无线传输系统采用FTP文件传输协议，系统包括文件传输服务器和文件传输客户端。服务器基于Windows系统，安装在测试仪的工控机上；客户端基于Android/IOS系统，安装在移动端上。

打开客户端软件，界面分为三部分：绿色设置按钮，FTP文件夹（服务器）浏览区和Android/IOS本地文件夹浏览区，在该界面上，可以从服务器下载文件到客户端本地，上传本地文件到服务器。

服务器与客户端采用TCP/IP协议，通过指定的IP地址和Port号建立连接。若用户当前的主机名称（即IP地址）、端口号、FTP用户名、FTP密码发生了变化，则点击设置，更改相应设置后点击确定，刷新后可以与服务器重新建立连接。

4 结束语

本文基于当前继电保护在自动测试时，测试终端采用PC机，测试报告无法实时查看，不能统一管理，作业表单填写数据量大，填写过程不能实现自动化等问题，研究了一套基于移动端的继电保护自动测试平台。

该自动测试平台抛弃常规测试时采用PC机作为测试控制终端的做法，将自动测试软件安装在测试仪的工控机上，将工控机作为自动测试控制终端。测试时，无需携带PC机，整个测试系统集成度更高，现场接线更方便。该平台还设计了云端/表单系统与自动测试系统的数据接口，能够将测试数据自动填写至表单模板，自动生成现在作业表单。避免了现场测试大量表单数据的手动填写，进一步提高了现场测试效率。同时，该平台还设计了无线传输系统，采用FTP文件协议，将测试报告文件从工控机本地以无线传输的方式，发送给移动端，方便测试人员实时查看测试，并上传至云端/表单系统进行统一管理。