摘要：将LabVIEW引入到单相电源适应能力检测系统的设计中，解决在对单相电源适应能力进行测试时，测量设置参数操作繁杂、测试全程无法监视，且存在试验过程无法可视化、试验结果无法追溯的问题。通过分析设备的通讯协议以及接口特性，通过LabVIEW对单相电源与上位机之间的通信，实现实时数据传输。在搭建好通讯后，采用生产消费模式对系统完成测试数据实时采集且可视化、储存测试过程数据等功能。通过该系统能够高效地实现单相电源的适应性测试，使测试过程更简便，测试数据可追溯，测试过程可视化。
关键词：电源适应能力；自动测试系统；LabVIEW
随着电气化设备在各行各业中的广泛应用，各种非线性负载的使用，导致供电网电能质量的恶化。理想的公共网格提供的电压必须具有单个固定频率和指定的电压幅度，但如果系统的正弦波电压被施加到非线性负载、电网的并网操作时，产生的电流为非正弦波形，并且由于波形的失真而发生谐波电流，并且谐波电流影响端电压，从而产生电压波形并且产生谐波电压。将导致电网电压波动的发生，导致电网电压引入谐波污染［1］；另一方面，生产和测试领域的各类精密元件和精密设备对电压波动敏感，与电网电压波动的影响密切相关，电源波动会导致设备和元件的损坏和安全隐患［2］。因此，为了满足其基础工作的严格要求，电源的适应性是必不可少的。设备能否经受不同电能质量工况的考验，意味着设备能否正常工作，且对于电源适应能力的要求，在多领域也被广泛重视参考其他行业或通用型标准作为企业或测试标准，如《GJB8265－2014无人机机载电子测量设备通用规范》、电源波动影响传感器在额定负载工作条件下，将电源电压和频率在偏差范围内调整至上下极值，所引起的附加误差应符合相关的规定。相关标准要求在非正常和应急范围内变化时应能工作，因此对设备进行电源适应能力测试十分关键。传统测量方法中设置参数操作繁杂，且需要人工全程监视，且存在试验过程无法可视化，试验结果无法追溯的问题。本文采用LabVIEW对设备电源适应能力进行智能化、自动化测试，具有很高的实用价值。
1硬件结构
单相电源适应能力检测系统如图1所示。该系统由单相可编程电源部分和计算机测试软件部分构成；计算机测试软件部分与单相可编程电源通过串口RS232进行连接通讯。
1．1RS232串行通信计算机和单相可编程电源通过RS232进行数据通信。其中，单相可编程电源串口的信号输入输出方面，TTL电平逻辑1为38V左右，逻辑0为0．4左右，计算机RS232串行接口规格在电气特性上RS232为负逻辑，要求较高，2个信号之间比较大的振幅规格为逻辑“1”为－15～－5V，逻辑“0”为5～15V，通常为－10V左右逻辑1，10V左右逻辑0。因此，需要通过外部电路实现从TTL电平到RS232电平的转换［3］。为了确保上位机与下位机RS232通信的可靠性及实时性,有必要统一通信格式，本系统协议设置通讯格式：8－N－1(8位数据位、无校验、一位停止位)，波特率为9600bps。1．2单相可编程电源单相可编程电源采用思普电子有限公司生产的SFC－215可编程单相高性能交流电源，该设备具有采用IGBT／SPWM脉波宽度调变方式，宽输出电压范围：单相电压0V～300V（320／600V为选配）／频率45Hz～500Hz；强大的编程功能，100组编程测试，可循环。
2软件设计
LabVIEW是图形化程序设计语言的开发环境，使用LabVIEW进行软件设计具有前面板和代码（程序框图）2个部分，前面板是系统的监视界面，代码是系统运行的图形化程序。系统的前面板主要由主监视界面、参数设定界面、数据存储界面3部分构成。主要用来收集输入输出数据，以及数据显示、相关记录等功能。软件系统主要采用生产消费模式，如图2所示，主要分为主线程、时间线程、通讯线程、采集线程四个线程，利用生产者／消费者设计模式实现多进程同步的有效途径是将数据传输与队列同步［5］，及时处理当前数据，当实际运行过程中需要完成许多用户界面的进程时，队列函数对采集到的数据进行缓存，使数据能够在各个线程之间传递数据,平衡用户界面事件，避免其他数据结构造成的资源竞争、程序冗余或数据丢失现象。
2．1主监控界面
系统监测程序主要完成与单相可编程电源设备通讯传输参数，并对下位机传输过来的电源测试信号进行分析、显示、记录，设置通讯间隔时间，由于现场终端传输过上来的是数字信号，通讯设置成一发一收的形式，进行参数判断、参数计算、校验位校验等操作，将数字信号转换成输出电压、电流、频率、功率以及功率因素，并显示当前测试运行情况。基于LabVIEW的电源适应能力监测系统主监控界面如图3所示。
2．2主监控界面
程序首先先对前面板数据进行初始化，再读取前面板参数，拆分数组数据，通过时间参数验证参数是否有误，无误后将时间参数与电压参数捆绑后输出在XY图中，最后根据设备通讯模块的数据协议，将对应的时间参数与电压参数输出至下位机，参数设置部分的前面板UI如图4所示，部分程序框图如图5所示。
2．3数据存储
为保持通讯流畅以及对测量的电源参数数据进行后续的统计和分析［6］，系统将在固定时间采集所有供电参数数据，并根据用户设定的通信时间写入文本文件。电源参数数据以当前日期命名，存储在程序当前路径中［7］。文本内容的存储格式是第一列为当前时间，第二至六列依次为实际采集的电压、实际电流、频率、功率、功率因素，各项之间间隔一个制表符。电源适应能力数据保存部分的程序框图如图6所示。
3应用示例
将下位机通过串口连接至计算机根据分配的COM口选择各通道端口号，设置采样周期为100ms。在LabVIEW强大功能的支持下［7］，实现了对单相可编程电源设备进行快速设置输入参数，并实时读取实时数据、处理数据、显示和存储。测控系统的操作运行界面如图7所示。借助于虚拟仪器LabVIEW上位机开发平台，结合串口，完成了单相电源适应能力检测系统设计。本系统充分利用生成者－消费者模型，满足采集的实时性，实现了多段参数设定，且操作简便。在针对电源数据存储方面，能够对测试过程采集到的数据进行可视化回放、查询。在设备运转时，能够准确地实时可视化监控运转情况。本软件可以扩展添加其他相关测试的设备，具备良好的功能扩展性。对比传统的仪器操作，该系统自动化程度高、灵活性强、易扩展，且维护和升级更简便。
4结束语
通过设计单相电源适应能力检测系统得出如下结论：1）该系统能够简便快捷设置测试参数；2）该系统测试过程能够被记录并能够回放、追溯产品在测试过程中存在的问题；3）该系统具有良好的扩展性，且维护方便。
作者：黄栋 单位：福建省特种设备检验研究院