黃海燕

（廈門(mén)明翰電氣股份有限公司，福建 廈門(mén) 361100）

0 引言

市場(chǎng)上對(duì)配電網(wǎng)智能終端的校準(zhǔn)及出廠檢測(cè)多數(shù)停留在人工手動(dòng)測(cè)試并填寫(xiě)測(cè)試報(bào)告的模式。人工檢測(cè)可能存在因人員疏忽或?qū)I(yè)檢測(cè)人員能力參差不齊導(dǎo)致配電網(wǎng)管理終端存在如校準(zhǔn)精度不足、功能漏檢、測(cè)試報(bào)告記錄不規(guī)范等問(wèn)題，不良的配電網(wǎng)管理終端進(jìn)入實(shí)際工程應(yīng)用，增加了配電網(wǎng)的不穩(wěn)定性[1]。

因此，研制一款適用于配電網(wǎng)智能終端單元的全自動(dòng)校準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)，轉(zhuǎn)人工手動(dòng)測(cè)試為機(jī)器自動(dòng)測(cè)試校準(zhǔn)，對(duì)提高配電終端的產(chǎn)品質(zhì)量，降低人工成本有重要意義。

1 設(shè)計(jì)需求及關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 配電網(wǎng)智能終端介紹

配電網(wǎng)自動(dòng)化終端包括饋線終端(FTU)、三遙站所終端（DTU）、配變終端（TTU），用于電力系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)中的開(kāi)閉所，柱上分段開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜以及配電變壓器的監(jiān)視與控制，與配網(wǎng)自動(dòng)化主站通信，提供配電網(wǎng)運(yùn)行控制及管理所需的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站給出的對(duì)配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的指令[2]。三遙站所終端DTU 安裝在配電網(wǎng)饋線回路的開(kāi)關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站等處，具有遙信、遙測(cè)、遙控、故障隔離與錄波等功能。

1.2 生產(chǎn)線上遇到的問(wèn)題

1.2.1 DTU 生產(chǎn)線上校準(zhǔn)測(cè)試效率低下

DTU 生產(chǎn)線上工藝流程：原料檢驗(yàn)→電路板高溫老化→主板、外殼裝配→電路板、后蓋板裝配→整機(jī)組裝→外觀檢查→裝置鏡像燒寫(xiě)→裝置校準(zhǔn)→整機(jī)功能檢測(cè)→耐壓絕緣檢測(cè)→帶電老化→出廠檢測(cè)→包裝入庫(kù)。

三相程控標(biāo)準(zhǔn)源作為模擬電壓電流信號(hào)輸入的設(shè)備，每個(gè)工序原則上只設(shè)置1 臺(tái)設(shè)備，只能提供1 個(gè)間隔單元三相電壓和三相電流輸入。而單個(gè)DTU 終端最大支持16個(gè)間隔單元的信號(hào)采集，每個(gè)控制單元回路都需要單獨(dú)測(cè)試三相電流、功率等，以工序8 校準(zhǔn)一臺(tái)8 間隔單元DTU為例，為了防止電流分流，校準(zhǔn)裝置時(shí)，需要將程控電源電流輸出線連接到DTU終端的第1個(gè)間隔單元的電流端子上，然后打開(kāi)程控源輸出，采用手動(dòng)計(jì)算的方法，做好校準(zhǔn)工作。校準(zhǔn)后，必須關(guān)閉程控電源輸出，之后將DTU 終端上第1 間隔單元的接線拆下接到第2 間隔單元，進(jìn)行第2 間隔單元校準(zhǔn)測(cè)試。以此類(lèi)推，進(jìn)行8 個(gè)間隔單元的參數(shù)校準(zhǔn)。以校準(zhǔn)1 個(gè)間隔回路需要2min 時(shí)間為例，完整校準(zhǔn)一臺(tái)8 間隔單元DTU 需要時(shí)間16min。另外，工序9整機(jī)功能檢測(cè)和工序12 出廠檢測(cè)，需要進(jìn)行繁多的接線端子拔插操作，高頻率啟停程控標(biāo)準(zhǔn)源，才能達(dá)到完整的測(cè)試目的。整個(gè)測(cè)試過(guò)程效率低下，測(cè)試人員工作疲勞，嚴(yán)重影響DTU 終端整機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)。

1.2.2 程控標(biāo)準(zhǔn)源切換次數(shù)過(guò)多，壽命降低

三相程控電源壽命有限，過(guò)多的啟停、開(kāi)關(guān)，都會(huì)縮短使用壽命，導(dǎo)致按鍵不靈、輸出不準(zhǔn)等種種問(wèn)題，從而增加了三相程控電源的維護(hù)和使用成本。

1.2.3 手動(dòng)填寫(xiě)測(cè)試報(bào)告，容易出錯(cuò)

出廠測(cè)試報(bào)告采用測(cè)試過(guò)程手動(dòng)記錄測(cè)試值，進(jìn)行模擬量精度等的人工判斷，效率低下，計(jì)算過(guò)程容易出錯(cuò)，測(cè)試報(bào)告紙質(zhì)形式，不易保存。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)分析

將手動(dòng)測(cè)試改為自動(dòng)測(cè)試，在測(cè)試DTU 終端多間隔電參量時(shí)，需要解決所存在的電流切換問(wèn)題。切換電流電路通過(guò)繼電器控制可以實(shí)現(xiàn)，但切換過(guò)程應(yīng)確保電流不開(kāi)路，也不能產(chǎn)生分流現(xiàn)象。電壓測(cè)試時(shí)，2 路交流電壓并聯(lián)測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中，如果指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)自動(dòng)退出測(cè)試，并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提醒測(cè)試人員將不達(dá)標(biāo)的測(cè)試值記錄下來(lái)。完成測(cè)試之后，測(cè)試報(bào)告需自動(dòng)生成到指定的目錄中供查詢。

2 設(shè)計(jì)原理及時(shí)序圖

配電網(wǎng)智能終端單元的全自動(dòng)校準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)硬件部分主要由后臺(tái)主機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)功率源、直流信號(hào)源、通信模塊、多功能I/O 模塊、配電網(wǎng)管理終端六大部分組成。通信接口包括RS232、RS485 以及以太網(wǎng)接口，接線方式如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)接線原理框圖

后臺(tái)主機(jī)：指安裝有全自動(dòng)校準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)的電腦主機(jī)。

標(biāo)準(zhǔn)功率源：提供交流電壓電流信號(hào)輸出的三相程控標(biāo)準(zhǔn)源。

直流信號(hào)源：具備直流電流電壓信號(hào)輸出的標(biāo)準(zhǔn)源。

多功能I/O 模塊：指帶有多路的開(kāi)關(guān)量輸入輸出功能并具有通信功能的模塊。

通信模塊：后臺(tái)主機(jī)跟多功能I/O 模塊進(jìn)行對(duì)話的橋梁，一方面接收后臺(tái)主機(jī)的控制命令給多功能I/O 模塊，控制其繼電器閉合與斷開(kāi)；另一方面，采集多功能I/O 模塊的開(kāi)關(guān)量及繼電器狀態(tài)信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)主機(jī)做判斷。

配電網(wǎng)管理終端：整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試對(duì)象，可以是配電網(wǎng)終端DTU/FTU/TTU 單元。

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)一：終端自動(dòng)校準(zhǔn)

后臺(tái)主機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)傳輸命令，控制標(biāo)準(zhǔn)電源和直流信號(hào)源輸出指定大小的交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流等信號(hào)至測(cè)試DTU 終端，后臺(tái)終端自動(dòng)校準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)讀取并分析測(cè)試終端DTU 單元的上送數(shù)據(jù)，將DTU 上送的測(cè)試數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，系統(tǒng)自動(dòng)將校準(zhǔn)值計(jì)算出來(lái)之后，通過(guò)后臺(tái)主機(jī)發(fā)送寫(xiě)命令，將校準(zhǔn)值寫(xiě)入測(cè)試DTU 終端的校準(zhǔn)寄存器中，完成一個(gè)參數(shù)值的校準(zhǔn)，由此系統(tǒng)自動(dòng)投切完成下一參數(shù)的校準(zhǔn)，直至完成所有的電參量校準(zhǔn)，控制過(guò)程如圖2 自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)序圖所示。

圖2 自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)序圖

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)二：模擬量采集功能測(cè)試

后臺(tái)主機(jī)通過(guò)運(yùn)行通信模塊發(fā)出控制命令，關(guān)閉多功能I/O 模塊中控制電路1 的電流繼電器組和電壓繼電器組，然后主機(jī)同步發(fā)出控制命令至標(biāo)準(zhǔn)程控電源，輸出指定大小的三相交流電流和電壓信號(hào)，通過(guò)多功能I/O 模塊，輸入至測(cè)試DTU 終端單元；后臺(tái)主機(jī)根據(jù)測(cè)試邏輯，通過(guò)通信模塊發(fā)出控制指令，以控制多功能I/O 模塊繼電器的開(kāi)關(guān)，依次控制模擬電流、電壓信號(hào)的輸入輸出至測(cè)試DTU終端的指定間隔單元，DTU 單元將采集到的相應(yīng)間隔回路的模擬量值轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)主機(jī)，系統(tǒng)對(duì)比采集到測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)源輸出值，自動(dòng)計(jì)算精度，并自動(dòng)切換下一間隔單元測(cè)試，完成測(cè)試DTU 終端多個(gè)間隔回路的模擬量循環(huán)測(cè)試。時(shí)序控制過(guò)程與校準(zhǔn)相似。

2.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)三：開(kāi)入開(kāi)出量功能測(cè)試

DTU 配電終端根據(jù)配電網(wǎng)需求，須具備多路的開(kāi)入開(kāi)出量接入功能。開(kāi)入量功能測(cè)試主要是驗(yàn)證終端的遙信能否被及時(shí)、準(zhǔn)確地接收。開(kāi)出量測(cè)試，是驗(yàn)證終端執(zhí)行后臺(tái)系統(tǒng)遙控命令的準(zhǔn)確性。后臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)控制多功能I/O模塊，模擬工程相關(guān)的開(kāi)入開(kāi)出信號(hào)輸入至測(cè)試終端DTU單元，DTU 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電力通信協(xié)議再將模擬信號(hào)傳輸至后臺(tái)系統(tǒng)，后臺(tái)進(jìn)行綜合邏輯判斷信號(hào)及遙控執(zhí)行的準(zhǔn)確性。開(kāi)入量測(cè)試時(shí)序圖如圖3 所示，測(cè)試過(guò)程一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)則自動(dòng)終止測(cè)試，并輸出報(bào)警信號(hào)，等待處理。

圖3 開(kāi)入量測(cè)試時(shí)序圖

3 硬件平臺(tái)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)功率源

三相標(biāo)準(zhǔn)功率源主要提供測(cè)試用的交流電壓電流信號(hào)，輸出失真度滿足0.05%（典型值）的純凈弦功率信號(hào)，輸出頻率可在40Hz～65Hz 進(jìn)行調(diào)整，分辨率至少0.002Hz，精度至少0.004Hz，具有開(kāi)放的通信協(xié)議，提供二次開(kāi)發(fā)API 接口。

3.2 多功能I/O 模塊

指含有多個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出，并帶有通信功能的一個(gè)或者多個(gè)采集模塊組成的整體?？蛇x用具備遙信采集功能和遙控采集功能的模塊組合使用。

遙信采集模塊，具有32 路無(wú)源開(kāi)關(guān)量輸入，帶RS485通信接口，支持MODBUS 通信規(guī)約。

遙控采集模塊，具有16 路繼電器輸出，帶RS485 通信接口，支持MODBUS 通信規(guī)約。

3.3 通信模塊

通信模塊采用成熟的VxWorks 微內(nèi)核多任務(wù)操作系統(tǒng)[3]，具有以太網(wǎng)、串行接口（RS232、RS485、RS422）等多種高速可靠的通信接口，負(fù)責(zé)將后臺(tái)主機(jī)跟多功能采集模塊對(duì)接，處理好通信數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)及控制執(zhí)行任務(wù)，支持多種通信規(guī)約，同時(shí)滿足自定義規(guī)約需求。

4 軟件平臺(tái)

軟件測(cè)試平臺(tái)采用Java 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)時(shí)使用多任務(wù)機(jī)制[4]。軟件開(kāi)發(fā)的困難在于異步通信[4]存在時(shí)效差異，尤其是在多回路模擬循環(huán)切換試驗(yàn)中，為了保證電流源不是處于開(kāi)路狀態(tài)，后臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中需要先接收到電流測(cè)試控制電路的電流繼電器組的閉合信號(hào)，然后才能開(kāi)始將前控制電路的電流繼電器組斷開(kāi)。在每個(gè)測(cè)試任務(wù)的處理過(guò)程中，都需要滿足每個(gè)步驟的條件，當(dāng)信號(hào)到達(dá)后臺(tái)軟件系統(tǒng)之后才能被允許測(cè)試。

配電網(wǎng)智能終端單元的全自動(dòng)校準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試流程，分為以下步驟：?jiǎn)?dòng)標(biāo)準(zhǔn)功率源，并設(shè)置遠(yuǎn)程控制模式→啟動(dòng)直流電源，并設(shè)置遠(yuǎn)程控制模式→初始化系統(tǒng)配置→后臺(tái)系統(tǒng)與測(cè)試 DTU 終端進(jìn)行通信→進(jìn)行終端的按鍵測(cè)試→自動(dòng)進(jìn)行終端的校準(zhǔn)測(cè)試→終端裝置自動(dòng)進(jìn)行零漂測(cè)試→開(kāi)入量自動(dòng)采集測(cè)試→開(kāi)出量自動(dòng)輸出測(cè)試→模擬量功能自動(dòng)測(cè)試→出廠定值自動(dòng)寫(xiě)入→自動(dòng)生產(chǎn)出廠報(bào)告→自動(dòng)關(guān)閉交流標(biāo)準(zhǔn)源→自動(dòng)關(guān)閉直流標(biāo)準(zhǔn)源→語(yǔ)音提示自動(dòng)測(cè)試完成。

從初始化系統(tǒng)配置至步語(yǔ)音提示自動(dòng)測(cè)試完成，系統(tǒng)均根據(jù)邏輯自動(dòng)完成終端檢測(cè)并生成測(cè)試報(bào)告，無(wú)須人員干預(yù)，若測(cè)試過(guò)程出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)馬上跳出自動(dòng)測(cè)試模式，語(yǔ)音提示自動(dòng)測(cè)試異常并提示異常原因，等待測(cè)試人員解決。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線上驗(yàn)證測(cè)試，使用配電網(wǎng)全自動(dòng)校準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)后，生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)線上原工序8 裝置校準(zhǔn)和工序9 整機(jī)功能檢測(cè)兩道工序，合并為裝置全自動(dòng)校準(zhǔn)及功能檢測(cè) 1 道工序，而且生產(chǎn)人員可以在裝配終端的同時(shí)，兼顧檢測(cè)工序，無(wú)須額外增加檢測(cè)人員，極大地減少了生產(chǎn)人員投入。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)校準(zhǔn)系統(tǒng)，單臺(tái)8 間隔單元DTU 的精度校準(zhǔn)耗時(shí)從原來(lái)16 min 縮短至2min，功能測(cè)試耗時(shí)從原來(lái)的2h，縮短至0.5h，極大地提高了生產(chǎn)效率，解決了原DTU 生產(chǎn)線上校準(zhǔn)測(cè)試效率低下的困擾。

單臺(tái)終端的測(cè)試過(guò)程無(wú)須啟停標(biāo)準(zhǔn)功率源，無(wú)須人工拔插接線端子，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，避免了原產(chǎn)線上檢測(cè)設(shè)備因開(kāi)合切換次數(shù)過(guò)多，壽命降低的問(wèn)題，還能自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，并且存儲(chǔ)于指定目錄，便于管理，避免因手工填寫(xiě)紙質(zhì)報(bào)告造成的各種管理問(wèn)題。不僅提高了終端的生產(chǎn)合格率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，也為企業(yè)帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。