基于LabVIEW的矿用电源自动测试系统

【摘要】针对矿用电源产品测试中的传统手工测试方法效率低下，无法满足多品种规格大规模生产的快速、高精度、多功能测试要求，基于LabVIEW开发了电源自动测试系统。该系统采用开放式结构、模块化设计，具有较高的通用性，测试过程自动实现。开发了测试系统的软件程序实现了测试程序编写简单化，对多个程控仪表的实时控制和数据采集，测试数据存储、打印以及不良品的数据分析。

1.前言

矿用电源的设计、制造以及品质管理需要精密的电子仪器设备来模拟实际工作时的各项特征，并验证是否合格。同时根据不同型号电源需要不同的组成结构和输入、输出组合，需要多样化的测试仪器以满足测试需要。传统的测试方法：工人利用某特定功能仪器依次完成对电源单个或多个测试项目的检测，凭经验、直觉判断产品是否合格，容易产生人为误差，同时工作效率低。针对上述问题我们基于LabVIEW设计了一款矿用电源自动测试系统，系统采用开放式结构、模块化设计，具有较高的通用性，测试过程自动实现，测试结果实时显示，并对各项数据进行存储。

2.硬件系统组成

系统采用了典型的虚拟仪器系统的硬件平台结构，基于USB、RS232及PCI等标准总线方式，通过计算机将仪器、PCI设备组成监控系统，其结构如图1所示。

图1 系统主结构图

系统工作原理：人工将被测试电源放置到测试操作台上，并采用气动设备压紧（部分不方便使用气动治具的调试点可由人工插拔）。系统执行“测试”命令后，上位机通过USB/232通信接口向程控交流源或直流源发送输出电压的命令，通过USB/RS232通信接口控制输出模块中电子负载和示波器，模拟待测电源不同输出负载，测试空载电压、戴载电压、过流值、纹波值等参数。同时通过USB/232通信接口读取程控交流源或直流源的工作电流等参数;信号处理模块将各指示灯的亮/灭情况反馈给上位机;上位机通过I/O卡将执行命令发送到继电器切换板，执行本安电源的第一级和第二级保护功能的性能测试（过压、过流值）。各测试步骤在完成测试的同时将测试数据送至上位机进行分析，显示、记录测试结果。

系统主要设备选型与设计如下：

2.1 数字I/O卡

数字I/O卡置入计算机PCI插槽中，用于输出控制信号和指示灯的工作状态。需要使用16个数字输出（O）端口，和4个输出（I）端口。系统采用AC6652 I/O实现此功能。

2.2 程控电子负载

电源测试要求系统可以模拟电源各种输出负载，同时可以通过上位机快速编程控制，并检测各工况下参数。系统在保证可靠性要求下，充分考虑系统良好的性价比，选用南京艾德克斯IT8702电子负载完成此功能。它具有恒流、恒压、恒阻、恒功率、短路等多种工作模式，可以模拟各种输出负载，同时通过RS232串口与上位机通讯，方便、快捷。

2.3 程控交流源

程控交流源用于检测待测电源的输入参数;输入电压、电流、功率及功率因数等。系统在保证可靠性要求下，充分考虑系统良好的性价比，没有单独添置交流电流表，直接选用南京艾德克斯IT7321交流源。它输入最大电流8A、输入功率因数0.5、 输出最大功率 300VA、 输出最大电流有效值 3.0A（0-150V）/1.5A（0-300V）、输出最大电流峰值12A、内置高精度功率表（0.1mA/0.01w分辨率），具有电流有效值和电流峰值保护功能等功能，同时通过RS232/USB等接口与上位机通讯，方便、快捷。由于系统通过RS232总线与上位机进行通讯，简化系统线路。

2.4 程控直流源

程控直流源用于检测待测电源的输入参数;输入电压、电流、功率等。系统在保证可靠性要求下，充分考虑系统良好的性价比，没有单独添置直流电流表，直接选用南京艾德克斯IT6333A直流源。它输出最大电流有效值 6.0A（30V/6A*2CH+5V/3A*1CH ）、每一路输出均具有1mV，1mA的高分辨率和精度、可串并联使用（最大电流可达到9A），同时通过RS232/USB等接口与上位机通讯，方便、快捷。由于系统通过RS232总线与上位机进行通讯，简化系统线路。

2.5 信号输入处理模块

该信号输入处理模块主要用于电源的输入、输出指示灯的测量。利用光敏器件将指示灯的光信号转换成电压信号，进而经过处理后成为高低电平信号。该处理模块的设计必须考虑白昼的自然现象和室内照明对信号处理的干扰。

2.6 继电器切换板

由于矿用本安型电源要求具备双重保护，并且要求分别测试保护电路的参数，在本方案中增加了继电器切换板。方便系统测试第一级保护时将第二级保护的MOS管直接连接，在第测试第二级保护时将第一级保护时的MOS管直接连接。

3.系统软件设计

本系统软件在LabVIEW7.1环境下进行设计开发，采用模块化、层次化设计方法，根据系统的总体要求和性能参数，将系统软件划分成几个不同的功能模块，以VI为基本实现单元将其从上到下分为三层（如图2所示）。高层应用程序用户可实现测试程序编辑、执行测试、统计分析等操作;中层功能实现对测试方案的命令解释、测试流程管理、仪表数据读取、测试数据处理等功能;底层驱动，包括LabVIEW开发环境、仪器驱动程序接口、数据库驱动程序。其中执行测试为系统关键部分，其测试总流程如图3示。

图2 系统软件结构图

图3 系统测试流程图

图4 上位机测试软件界面

系统根据用户编辑好的测试方案循环测试，每个测试方案由多个测试项目组合而成。根据生产要求，系统开发了7个可自动测试的项目：静态测试、空载测试、过载保护测试、输出过压保护测试、短路保护测试、指示灯测试等。为方便编程，本文将各测试项目执行流程标准化，同时系统采用通用硬件平台，如有新的测试项目要求，无需追加硬件，只需按该流程编程添加。

图5 某型电源的测试表格

系统主要利用设备提供的动态链接库函数完成数字I/O卡的控制信号产生及数据采集任务;利用LabVIEW提供的4个VISA节点，根据仪器提供的通讯协议实现对交流/直流程控电源和程控电子负载的控制和数据采集;采用LabSQL工具包对ACCESS数据库进行操作，实现实时数据存储，结合概率统计等产品质量管理理论，利用LabVIEW数理统计模块，实现不良项目分析、工序能力指数、计量控制图等统计分析功能;利用ActiveX技术进行LabVIEW与Excel混合编程实现报表的生成（如图4、5所示）。

4.结束语

该自动测试系统已投入生产，并用于KDW65、KDW16A电源的现场测试，运行稳定可靠。系统执行测试任务的时间只有各功能测试的测试时间和安装、拆卸快速夹具的时间，工作效率有明显提高。经数据统计效率提高尽257%。综上所述该系统具有自动化程度高、测试准确、使用方便等优点。简化了操作人员的工作步骤，提高了工作效率。同时解决了测试数据的记录存储问题。满足矿用电源产品的测试要求。具有较高的推广价值。

参考文献

[1]潘迪夫，杜贵益，王志伟.基于LABVIEW的开关电源自动测试系统[J].微计算机信息，2009（16）：77-79.

[2]陈树学，刘萱.LabVIEW宝典[J].电子工业出版社.

[3]董英斌，韩冰.LabVIEW中利用ACTIVEX访问EXCEL的接口研究[J].微计算机信息，2006（104）：165-166.

[4]杨乐平，李海涛.LABVIEW高级程序设计[M].清华大学出版社.

项目基金：天地工艺创新基金（项目编号：KJ-2013-TDCZ-05）。

作者简介：蒋志龙（1983―），男，江苏南通人，现供职于天地（常州）自动化股份有限公司，从事电气工艺的技术与管理工作。