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第１８卷第５期 ２００７年１Ｏ月 中原工学院学报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＯＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶｏＬ １８ ＮＯ．５ ０ｃｔ．。２ＯＯ７ 文章编号：１６７１—６９０６（２００７）０５—００３７～０３ 基于ＰＣＬ一８１ ２ＰＧ数据采集卡的变压器试验系统设计 王耕，裴素萍 （中原工学院，郑州４５０００７） 摘要： 分析了用计算机来完成变压器试验的测试系统，该系统由计算机、ＰＣＬ一８２１ＰＧ数据采集卡、变送器等组成， 可以完成变压器的空载、短路和温升等实验，提出了系统的软、硬件 实现方法．实验数据能自动生成、存档和打印，提高 了试验的精确度和效率． 关键词： 变压器试验；ＰＣＬ一８１２ＰＧ采集卡；计算机 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＭ９３５ 变压器实验出厂实验项目一般包括空载实验及空 载电流测量、负载实验及阻抗电压的测量、温升实验、 感应高压实验、直流电阻检测和变比测量等．各厂家采 用的标准与实验方法基本相同，例如空载、短路试验采 用传统方法，用电流表、电压表、功率表、功能因数表进 行测试，测试与计算过程繁琐，同时测试数据受到诸如 发出控制信号（经Ｉ／Ｏ通道、Ｄ／Ａ转换、功率放大）驱 动调压电机进行调压，还可根据要求显示打印输出实 验报告．系统组成的结构原理如图１所示． 三相电流Ｅ ０ ０ 三相电 Ｅ ∞ ０ 凸一 ＼—电源调压特性、电压波形非正弦、频率偏离额定值、三 相电源不对称产生的负序电压、电感器误差等因素的 影响，这样操作者读取各种测试数据，并通过手工计算 ｌ—— ／ ∞ Ｉ 温升信号￡＝＞ 凸一 凸一 调雎器ｋ＝ 得到的试验结果往往精度不高、效率低下，难免引入各 种系统测量和人为误差．随着计算机技术的飞速发展， 各种高性能低价位的数据采集卡相继出现，为研制智 能测试系统提供了极大的可能和方便．把ＶＢ和ＰＣＬ 图１ 系统结构原理图 ８１２ＰＧ技术用于变压器测试系统中，可在较少的经 ２ 系统硬件的设计分析 为满足空载、负载计算以及温升显示的要求，应使 济投入的情况下，提高实验的精度与效率 Ｊ． １ 系统的原理与组成 本系统主电路在目前变压器空载、短路、温升试验 三相电压与三相电流的信号同时采集．输入电流和电 压经过精密变送器，转换为标准信号送ＰＣＬ一８１２ＰＧ 多功能数据采集卡，在计算机中对采集到的数据进行 分析处理，采样控制由软件完成．在进行短路、温升试 所采用的电路的基础上，用计算机系统取代了传统方 法中的测量仪表．采集到的三相电压和三相电流的瞬 验时根据采集到的电流值控制电路的输出信号，控制 调压电机．信号控制调压器当控制电路收到采样控制 信号后，各路信号同时被采集，各路信号依次进行Ａ／ Ｄ转换．系统硬件结构如图２所示． 时值、温度等模拟量信号经ＰＣＬ一８１２ＰＧ送入计算 机，在计算机中实现数据处理，根据处理结果，计算机 收稿日期：２００７—０４—１５ 作者简介：王耕（１９６７一），男，河南郑州人，讲师 维普资讯 http://www.cqvip.com
中原工学院学报 ２００７年 第１８卷 图２系统硬件结构图 ２．１采集卡的选择 根据变压器实验的要求，本系统主要有数据采集 卡ＰＣＬ一８１２ＰＧ、端子板ＰＣＬＤ一８８０．选用了ＰＣＬ一 ８１２ ＰＧ高性能多功能数据采集，ＰＣＬ一８１２ＰＧ是一个 多功能高性能通用的数据采集卡，适用于ＩＢＭ个人计 算机及其兼容机．ＰＣＬ一８１２ＰＧ在一个板上集成了所 有数据采集的功能，如Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、Ｄ／Ｏ和Ｄ／Ｉ．ＡＴ 总线；ＰＣＬ一８１２ｐｇ带１６路单端输入；双级性；可编程 增益：ＰＣＬ一８１２ ＰＧ的５级增益（ｘｌ，ｘ２，ｘ４，ｘ８，ｘｌ６）； 板上采样保持；２个１２位单片乘法模拟输出通道；１６ 路数字输出通道；１６路数字输入通道；３个可编程１６ 位向下计数器；可编程采样速率，ＤＭＡ传输模式下最 高到１００ ｋＨＺ；３个Ａ／Ｄ触发模式：软件触发，可编程 定时器触发，外部脉冲触发；ＡＴ中断ＩＲＱ能力：ＰＣＬ ８１２ＰＧ最高９级ＩＲＱ都是跳线可选；集成ＤＣ—ＤＣ 转换器，提供稳定的模拟电路电源．接口板选用通用端 子板ＰＣＬＤ一８８０． ２．２电流、电压变送器 根据实验系统的要求测量值来源于变压器三相电 流、电压和温度．一般变压器厂生产的变压器其电流与 电压大小的范围各不相同，要用数据采集卡对其进行 测量，必须变换成４～２０ ｍＡ和０～５ Ｖ的标准信号， 这样须经电流电压变送器进行变换，系统可根据容量 和电压等级不同选择相应的测试电路．然后经相应的 ０．１级的电流、电压变送器转化后送数据采集卡． ２．３输出控制电路 要提高实验测量的精度与可靠性，当电流达到额 定值时，应能及时准确地停止调压电机，为了达到此目 的，同时为提高效率，本系统采用调速控制电机，使电 机的转速随电流的增加而逐渐减小，当电流达到额定 值时转速为零，当发生故障时能迅速切断电源． ３ 系统软件的设计 ３．１ 原理 采用周期法进行频率的测量，只要测得瞬时值相 邻的两个过零点之间的时间，即可算出．时间差只需测 出电压、电流瞬时值过零点之间的时间．一个周期内电 流信号的有效值可表示为：Ｊ＝ ／｛Ｉ、『』Ｊ ０ ｉ２ｄｔ其中Ｊ为电 流信号有效值，Ｔ为电流信号波形周期，Ｊ为ｔ时刻电 流瞬时值．将上式离散化，用一个周期内有限个采用的 电流数字信号量代替一个周期内连续变化的数，且设 相邻两次采样时间间隔相等，则可以得到根据一个周 期内各瞬时值及采样点数有效值的公式Ｊ一 √丽１爰Ｎ＇Ｎ一 ＋ｌ淇 瑚相邻两次采样 时间间隔，ｉ 为ｍ一１的时间间隔的电流信号瞬时值， Ｎ为一个采样点数． 考虑到交流电流是有正负的，所以电流平均值为： Ｊ 一 ｌ ｌ同理可得，计算电压有效值、 电压平均值和一相平均功率的公式 √ ／ ， Ｎ ’Ｕ 一 ， Ｎ ｍ ｌ ｍ 故空载损耗为： Ｐ。一 ＾ ） 功率因数为：ｃｏ 一Ｕ ｐＩｐ同理可求短路损耗等・ 程序流程如图３所示． ３．２ 采集程序的编写 采集卡主要有放大电路与Ａ／Ｄ转换卡组成，它把 电压、电流互感器输出的模拟电信号进行Ａ／Ｄ转换， 转换成计算机可以识别的数字信号，计算机对该信号 进行处理，得出所需数据 ］．采集卡的接口程序自行编 写，流程如图４，主程序如下： Ｐｒｉｖａｔｅ Ｓｕｂ Ｔｉｍｅｒｌ—Ｔｉｍｅｒ（） Ｄｏ Ｗｈｉｌｅ Ｃｏｎｔｄ Ｆｏｒ ｉ一０ Ｔｏ １５ Ｉｆ ＣｈａｎｎｅｌＯｎ（ｉ）Ｔｈｅｎ ｒｅｓｕｌｔ—ＷＡＤ一８１２ＰＧ——Ｓｅｔ—Ｃｈａｎｎｅｌ（ｉ） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期 王 耕等：基于ＰＣＬ一８１２ＰＧ数据采集卡的变压器试验系统设计 图３ 程序流程图 ｉ目选择及其参数初始化 直接绘制与图表打印 图４ 软件流程图 ｒｅｓｕｌｔ—Ｗ一８１２ＰＧ—ＡＤ＿Ａｑｕｉｒｅ（ｋ） Ｄｉｍ ｐ２ Ａｓ Ｄｏｕｂｌｅ‘有效值计算 ｊ１一ｊ１＋１ Ｉｆ ｊ１＜２００ Ｔｈｅｎ ｐ２：（５＊ｋ）／２０４８—５ ｐｌ：ｐ２ ２ ｐｌ Ｅｌｓｅ ｐｌ＝：Ｓｑｒ（ｐｌ／２００） Ｔｅｘｔｌ（ｉ）．Ｔｅｘｔ—ｐｌ ｊ１：０ Ｅｎｄ Ｉｆ Ｎｅｘｔ 基地址的设置要与ＰＣＬ一８１２ＰＧ拨码开关相一 致，基地址设置代码如下： Ｄｉｍ ＡｄｄｒｅｓｓＶａｌｕｅ Ａｓ Ｌｏｎｇ Ｄｉｍ ａ Ａｓ Ｓｔｒｉｎｇ ａ一“ Ｈ”＋ｔｘｔＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓ．Ｔｅｘｔ ＡｄｄｒｅｓｓＶａｌｕｅ—Ｖａｌ（ａ） ｔｘｔＲｅｔｕｒｎＶａｌｕｅ．Ｔｅｘｔ：Ｓｔｒ（ｓｅｔ—ｂａｓｅ（Ａｄｄｒｅｓｓ－ Ｖａｌｕｅ） ３．３数据处理及实验表格生成 本文采用了ＶＢ ６．０为编程软件，在Ｗｉｎｄｏｗｓ ９８ 环境下实现本系统的控制及其数据的采集、转化和处 理，通过ＶＢ定时控件Ｔｉｍｅｒ（１０ ｍｓ）取采集数据，结 果存放于ＡＣＣＥＳＳ数据库下，利用ＤＡＯ数据库开发 技术生成实验所需的表格． 图５是一台Ｓ９—３１５／１０配电变压器的负载试验 数据及界面． 图５程序运行界面 ４ 结 语 本系统利用数据采集卡ＰＣＬ一８１２ＰＧ进行数据 采集、处理、数值计算．该数据采集卡具有较高的数据 处理能力，可以减少或排除各种误差．本系统的设计避 免了人为读表和计算的繁琐，降低了可能产生的人为 因素误差，提高了系统的测试精度和效率．另外采用计 算机控制系统，简化了测量硬件电路，大大降低了仪表 成本．实验数据可以保存在数据库中以方便查询，实验 报告可自动生成．系统试验操作方法简单方便，软件用 户界面友好． （下转第４４页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
・ ４４・ 中原工学院学报 ２００７年第１８卷 参考文献 Ｅｌｉ张利平．现代液压技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４． ［２］周士昌．液压系统设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４． ［３］ 林世均，周予生．Ｍ１３３６—２８０型平网印花机的研制与开发［Ｊ］．染整技术，２００３（３）：３８—４０． ［４］ 孙文铎．平网和圆网印花设备的特性与选用［Ｊ］．印染，２００５（２０）：２３—２６． Ｅｓ］ 陈立秋．染整自动控制中调节阀的应用［Ｊ］．染整技术，２００６（３）：４３—４７． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｃｒｅｅｎ Ｆｒａｍｅ Ｅｌｅｖａｔｉｎｇ ｏｆ ＨＭ５ Ｖ—ａ ｆｌａｔ Ｓｃｒｅｅｎ Ｐｒｉｎｔｅｒ ＬＥＩ Ｊｉｅ （Ｘｉ ａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆｌａｔ ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｅｒ．Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｃｒｅｅｎ ｆｒａｍｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｔ ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅ— ｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ａｃｔｕａｌ ｕｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ａｄｊ ｕｓｔ ｆｒａｍｅ ｌｉｆｔ－ｔｉｍｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ ａｎｄ ｈａｓ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｍｏｏｔｈｌｙ，ｌｉｔｔｌｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｑｕａｒｅ ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｕｎｉｔ；ｓｃｒｅｅｎ ｆｒａｍｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ （上接第３９页） 参考文献 ［１］ Ｓｕｇｉｍｏｔｏ Ｓ．Ｔｈｙｒｉｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆｒ ｕｎｇｒｏｕｎｄｅｄ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓ ＩＥＥＥ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，１９９６，１１（２）：９４Ｏ一９４５． ［２］ 邵钟武．数据采集系统［Ｍ］．北京：石油大学出版社，１９９８． ． Ａ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣＬ一８ １ ２ ＰＧ ＷＡＮＧ Ｇｅｎｇ．ＰＥＩ Ｓｕ—ｐｉｎｇ （Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ａ ｃｏｍｐｕｔ— ｅｒ，ＰＣＬ一８１２ＰＧ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｃａｒｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ．Ｉｔ ｃａｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｎｏ—ｌｏａｄ，ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｉｎｇ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｐｏｒｔ ａｎｄ ｄａｔａ ｃａｎ ｂｅ ｃｒｅａｔｅｄ，ｆｉｌｌｅｄ ａｎｄ ｐｒｉｎｔｅｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃｌｙ，ＳＯ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｔｅｓｔ；ＰＣＬ一８１２ＰＧ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｃａｒｄ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ
