基于LabVIEW的繼電器測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　繼電器是自動(dòng)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(dòng)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(duì)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(cuò)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(duì)研華功能板卡的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器進(jìn)行自動(dòng)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(duì)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(cuò)判率：測試數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)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(shí)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(shí)間繼電器的測試和測試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題。電壓繼電器需要測試的參數(shù)主要有吸臺(tái)電壓、釋放電壓、消耗電流、線圈電阻；時(shí)間繼電器的測試參數(shù)有接通延時(shí)時(shí)間、保持時(shí)問、斷開延時(shí)時(shí)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(shí)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(shí)，將此時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)時(shí)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(hào)的高低電平個(gè)數(shù)，同時(shí)在繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，通過計(jì)算得出延時(shí)時(shí)間。

　　2.4 數(shù)據(jù)處理方案

　　使用LabVIEW的ActiveX自動(dòng)化功能將測試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)PCI、8個(gè)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(duì)被測產(chǎn)品的信號(hào)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(gè)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(shí)時(shí)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(gè)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(gè)16位的D/A輸出。

　　·板載可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。其中1個(gè)計(jì)數(shù)器作為事件計(jì)數(shù)器，用于對(duì)輸入通道的事件或脈沖觸發(fā)進(jìn)行計(jì)數(shù)，另外兩個(gè)級(jí)聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)時(shí)的32位定時(shí)器。

　　·自動(dòng)通道/增益掃描。用戶根據(jù)輸入電壓范圍的需要，為每個(gè)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(shí)具有自動(dòng)與手動(dòng)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(shí)，只需將產(chǎn)品直接插入其對(duì)應(yīng)型號(hào)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(shí)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(duì)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(shí)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(hào)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(shí)，原邊電流Ip一會(huì)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(gè)微小的信號(hào)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(hào)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(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)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(shí)，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(shí)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(shí)，只要其中一組觸點(diǎn)損壞，繼電器的狀態(tài)都不會(huì)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(hào)、電流回饋信號(hào)、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(hào)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(shí)的電壓，通過對(duì)數(shù)字端口的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)由此端將繼電器的消耗電流讀出。

　　延時(shí)繼電器的測量使用PCI-1716自帶的定時(shí)/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(gè)數(shù)再加上計(jì)數(shù)器0的讀數(shù)來測量時(shí)間。

　　4.繼電器綜臺(tái)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(dòng)函數(shù)，先將常用函數(shù)打包成程序需要的子vi.編程時(shí)便于調(diào)用，不僅簡化程序序，而且節(jié)省了編程時(shí)間。常用驅(qū)動(dòng)函數(shù)有DeviceOpen.vi（打開由設(shè)備號(hào)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(shí)在測試方法上，適當(dāng)增加延時(shí)，消除抖動(dòng)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(tái)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(shí)間繼電器的測試和測試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。