基于LabVIEW的继电器电寿命试验系统的测控技术

摘要：依据继电器电寿命的试验条件， 介绍了基于台湾研华工控机和NI PCI_7811R采集板的继电器电寿命检测控制系统的设计思想。采用图形化编程语言LabVIEW，完成FPGA数据采集软件设计，实现主机数据分析处理。采用硬件定时采集数据与软件定时读取的方法，解决了LabVIEW的1ms定时循环中定时相位不准确的问题，试验装置性能良好。

关键词：继电器 测控技术 数据采集

中图分类号：TM581 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

Abstract：According to the test condition of relay electrical endurance， the design of test control system based on Taiwan Yanhua IPC and NI PCI_7811R data acquisition board. By using of graphical programming language LabVIEW， data acquisition software of FPGA and the algorithms of host data analysis processing software were designed. And by using the methods of hardware timing in data acquisition as well as the software timing in reading， the problem of LabVIEW timing phase inaccuracy in 1 ms timing circulation was solved. Device shows a good performance.

Key words：relay； electrical endurance test； data acquisition；

1 引言

继电器被广泛应用于工业自动控制、无线电通讯等各个领域，是目前开关控制方面采用最多的元件之一。继电器能否正常工作将直接影响到由该继电器制成的设备稳定性和可靠性。本文主要介绍了基于LabVIEW的继电器电寿命试验测控技术，并在此基础上研制出了以工业控制计算机为核心的继电器电寿命数据采集系统，测试继电器触点的可靠性，以满足和提高工业上对继电器质量的要求。

2 试验装置的硬件设计

2.1 试验装置硬件设计思想

测试系统由继电器、电源、负载组成试验回路；由数据采集卡、外部数据存储电路、PC机组成数据采集，由测控软件完成数据处理、分析和显示。

根据当前继电器电寿命试验装置的发展趋势，提高设备的通用性，应满足对不同类型的继电器进行电寿命试验。检测装置应具有以下功能：（1）该检测装置能根据试验要求，为不同规格的继电器提供幅度可调的驱动电压；（2）该检测装置能应用于各种常用继电器的不同工作方式，能满足接通和断开的负载条件；（3）该检测装置应能实时检测在不同老化阶段的继电器的额定工作电压、触点间电压和时间参数，并将数据保存；（4）该检测装置应能分析采集到的数据，根据触点间电压和时间参数判断继电器的失效情况，显示故障继电器、故障类型、故障次数、并在发生失效故障时，该检测装置能发出报警提示用户干预老化进程；（5）该检测装置应能依据失效情况将检测数据和故障信息生成报表，测试结束后将报表打印输出；（6）该检测装置应能同时检测100只继电器，以增加其使用性能。

继电器触点接通和断开过程中的电压信号经ADC采样芯片转换后不断被写入数据缓冲区，数据采集卡利用数据传输机制不断将缓冲区的数据传输到计算机RAM中，上位机可按照用户要求将采集到的数据进行分析处理并显示，可将采集到的数据保存到计算机上，以便试验结束后将测试结果以报表形式打印输出。

（1）数据采集卡。选用NI PCI_7811R数据采集卡，该采集卡具有可配置所有160条数字I/O，可配置为速率高达40MHz的输入、输出、计时器或者自定义逻辑，25ns分辨率的用户自定义触发、定时、板载决策与NI 9151相连，用于模拟和数字I/O扩展或信号调理，生成具有80KB板载内存和DMA数据读写的高速数字模式。

（2）ADC采样电路。由于试验过程中负载电流值较大，故选用高精度分压电阻并接在继电器触点两端。采样芯片使用MAX1316，该芯片是8通道14位同步转换ADC，具有独立的采样/保持电路，8通道数据同时转换所需时间为3.7us以内，吞吐率为每通道250ksps。

（3）激励控制电路。继电器触点的接通和断开是通过对线圈施加激励电压产生电磁感应来实现的，所以控制施加在线圈上激励电压的占空比也就控制了继电器触点的接通和断开频率。采用FPGA硬件定时和LabVIEW软件控制的方法改变施加在继电器线圈上激励电压的占空比来控制继电器触点的接通和断开，从而改变继电器的接通断开频率。

1）为动合型或动断型继电器输入端施加一定频率和占空比的激励信号，同时在继电器触点上施加一定的负载，A/D采样电路实时采集动合触点压降或动断触点压降、动合断故障压降、动合粘故障压降；2）在激励信号的上升沿FPGA开启定时器，在负载电流通过固体及固体延时继电器时，输出触发信号，测到触发信号时停止定时器；3）在脉冲信号的下降沿FPGA开启定时器，电平触发电路输出触发信号，FPGA检测到触发信号时停止定时器；四、在采样过程中现场可编程门阵列将采集到的数据分块存储至外部存储电路，在每个老化周期结束后，工业控制计算机CPU读取现场可编程门阵列传送的数据；五、上位机通过设置的故障参数，分析采集到的数据，判断并标记出故障继电器，按要求进行故障显示、报警或干预老练进程，其处理判断结果显示在显示器上，对于老化参数未达到要求的固体继电器做报警处理提示，用户可对故障产品进行相应处理后，通过人工干预选择继续进行老化监测。

2.2 控制电路的设计

试验装置按照一定的频率和通断比同时对100个继电器进行通断控制，使继电器在规定时间或规定次数内完成老练循环，使继电器在规定时间或规定次数内完成老练循环。

3 数据采集系统的软件实现

3.1 图形化软件开发平台

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是美国国家仪器公司NI推出的一种基于图形化程序的虚拟仪器开发平台，在测量、数据采集、仪器控制、信号分析、工业自动化等领域广泛应用。

3.2 采集测试程序的功能要求

上位机软件是继电器电寿命试验系统的核心，它控制着整个试验的进行，通过软件用户可以向程序输入试验参数，而程序向用户返回试验数据结果，并和用户进行信息交换。继电器电寿命试验台软件主要完成的工作有：提示软件的操作方法、软件的初始化、试验路数的选择、试验参数的设置、各通道采样精度的独立校准、故障的检测和报警、试验时序的查看和各通道试验数据的查阅以及实验结果的报表打印等。

3.3 软件流程

在本系统中，数据采集程序是定时服务程序的一部分，根据定时功能的不同，数据采集服务程序可以执行不同的子程序，数据采集子程序为每个采样通道设定独立的数据采集指针，经ADC数据采集电路采集的数据存储至FIFO，上位机将数据从FIFO中读取，送到内存中指定的数组中。数据采集是在某一时刻起连续采样数据，采集到的数据从FIFO读出后，先判断该数据的通道号，在根据通道号将该数据送入指定的位置，如果系统数据采集已完成，则数据采集子程序调用结束，如果数据采集未完成，则指针加1。当新一轮数据采集开始后，在定时服务程序中，复位数据采集指针，重新开始数据采集。

4 结语

基于LabVIEW的继电器测试系统的设计方案，己经过多台设备的验证并得到用户好评，因其系统界面友好、操作简单、维护方便、测量精度高、可扩展性强等优点， 解决了继电器早期失效的剔除，具有较高的实际应用价值。

参考文献

[1] 王福明，于丽霞，刘吉，丁博.LabVIEW程序设计与虚拟仪器[M].西安电子科技大学出版社，2009.

[2] 王建群，南京瑞，孙逢春.基于LabVIEW的数据采集系统的实现[J].计算机工程与应用，2003.

[3] 陈敏，汤晓安.虚拟仪器开发环境LabVIEW及其数据采集[J].计算机工程与设计，2001（5）：61-63.

收稿日期：2015-08-06

作者简介：魏伟（1985―），男，陕西宝鸡人，本科，助理工程师，研究方向：电子技术/仪器仪表。