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公路機電產(chǎn)品電氣安全性自動測試軟件研發(fā)

文檔作者：肖強 1,2段明 1,2楊金銓1,2王立軍 1,2 潘潔 1,2 劉靖靜馬利平 1,2 張恒 1,2 文檔來源：云南省交通工程試驗檢測企業(yè)重點實驗室云南省交通科學研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月12日
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公路機電產(chǎn)品電氣安全性自動測試軟件研發(fā)肖強。等
公路機電產(chǎn)品電氣安全性自動測試軟件研發(fā)
Research and DeVelOpment Of the AutOmatic Test SOftware
for EIectricaI Safety Of Highway EIectromechanicaI Products
主穹1，2
(云南省交通工程試驗檢測企業(yè)重點實驗室1，云南昆明650011；云南省交通科學研究院2，云南昆明
侄1，2
650011、
摘要：公路機電產(chǎn)品的電氣安全性能是保證使用人員人身安全的重要指標，主要包括介電強度和絕緣兩項。針對其測試參數(shù)設置
繁瑣、需手工記錄等缺點，開發(fā)出一套自動測試軟件。軟件采用hbvIEw編程，通過RS-232接口控制耐壓絕緣測試儀工作，采集相應
的漏電電流波形和絕緣性能等測試結(jié)果。該軟件的應用減少了繁瑣的人工操作，且可自動生成并導出相應的測試結(jié)果，提升了試驗
效率。目前該軟件已實際應用于公路機電產(chǎn)品的試驗檢測。
關鍵詞：公路電氣安全通信協(xié)議介電強度耐壓絕緣自動測試IdbV皿w RS．232
中圈分類號：nI一39；卯319 文獻標志碼：A DOI：10．16086／j．cnki．is8n 1000—0380．201608016
Ah巾哺ct：The electrical強fety pedb瑚蚰ce of lIigh、忸y ele咖mechaIlical products is impc旺tallt iIldex t0 gua瑚tee tIle pe璐眥lal s8fety of
mailltainers蛐d users-wIIich maillly includes伽o iIldexes：dielectric shengtll鋤d ingIlla_Iion．To agair域tIIe di強dvaIltages of也e complicated
procedures 0f p咖eter∞伍ng 8Ild test da旭弛comed manually，etc．-a set of auto哪dc test sdhare is developed．k山vIEW is adopted for
pro鰣mmiIlg，tlle tester of wi山stand volL＆ge明d i璐Illation is coIl咖ued tllrou曲RS一232證terf砬e。aIld tlle corresponding test I{esIIlts of electric
kakage current wavef油and i璐Ill撕on are coUected．The appdjc蚯on of tllis sofha咒c腿d玷c廿vely reduce complicated mnual ope瑚畸on觚d
auto瑚6cally export reports to improve tlIe test e伍cierlcy． Nowadays。the踟血wam h鵲been pmcⅡcally印plied to the test趾ld detecdon f打
llighway electmmech砌cal products．
KI玀咖rds：Highway E1ectrical s出y Co姍吼ic娟on pmtocol Diekctric s吮ngtll Pres眥e resistarlce Insulalion Automatic te8t
IabV【EW RS一232
0 引言
公路機電產(chǎn)品的電氣安全性能是決定其質(zhì)量的
重要參數(shù)，主要包括介電強度性能和絕緣性能。介
電強度測試又稱作耐電壓測試，它對判斷電氣設備
能否繼續(xù)安全運行具有決定性意義。該測試是多數(shù)
產(chǎn)品制造廠商的必測項目，是比較有效和直接的鑒
定電氣設備絕緣強度的方法，也是避免使用者因誤
操作或電氣安全性能失效而引發(fā)觸電事故H。61的有
效手段。
通常使用自動耐壓絕緣測試儀進行電氣安全性能
測試，測試過程完全由人工操作。由于設備的設置較
麻煩，因此對測試人員的要求較高，在測試任務繁重時
重復的人工操作會導致誤操作。此外，人工操作無法
修改稿收到日期：2016—01—08。
第一作者肖強(1982一)，男，2009年畢業(yè)于華東交通大學機械制造
及其自動化專業(yè)，獲碩士學位，工程師；主要從事機器視覺、公路交通工
程檢測、虛擬儀器及自動化研發(fā)等工作。
記錄整個電源升壓過程和測試過程中設備的漏電電流
數(shù)據(jù)。
本文采用蚰VIEW編程，針對青島艾諾生產(chǎn)的
AN9632xw交流耐壓絕緣測試儀，進行了上位機軟件
研發(fā)n]，解決了儀器設置困難、無法監(jiān)測整個測試過程
的難題。該軟件實現(xiàn)了測試報表的即時自動導出，減
少了人工操作，提高了測試效率。
l軟件通信協(xié)議
軟件采用上位機串口與AN9632xw交流耐壓絕
緣測試儀的串口進行通信，從而控制耐壓絕緣測試儀
工作。
1．1常用通信指令命令集
AN9632XW交流耐壓絕緣測試儀提供了如表1所
示的命令集，主要有讀取測試結(jié)論、啟動測試、停止測
試、設置接地方式、選擇測試方式、設置啟動控制方式
等命令。
如需進行Rs-232串口控制，則要將儀器設置為
62 PRoC冠ss AUlroM觚10N玳sTRI刪圓NTA-110N VoL 37 N僅8 Au到Ist加16
王跟
2
2 揚馬 舍糾 銓平
2
2 役鰣 叨精 磊靜
2
2 布饈 強沼
萬方數(shù)據(jù)
公路機電產(chǎn)品電氣安全性自動測試軟件研發(fā)肖強，等
“uART”控制模式，并將測試儀器地址設置為0，波特
率設置為9 600 b∥s。
表l設備常用通信指令命令集
Tab．1 The c鋤mon咖mllni訓on in吼nlcn蛐s蛐d c咖a刪b set fbr eq_lipmem
注：未列舉所有完整的常用通信指令命令。
1．2握手協(xié)議
握手協(xié)議如圖1所示，本系統(tǒng)的測控網(wǎng)絡由上位
機(PC)和下位機(絕緣耐壓測試儀)組成。首先由上
位機的下傳命令發(fā)起通信，以下位機的應答作為結(jié)束。
所以本設備握手協(xié)議采用單向握手協(xié)議，即上位機解
析下位機上傳的數(shù)據(jù)是否正確，以此決定是否重發(fā)控
制命令。
下傳數(shù)據(jù)
卜＼
／
上位機下位機
／
＼
下傳數(shù)據(jù)
圖1握手協(xié)議示意圖
Fig．1 Dia弘吼0f h舳dshal【e pmtocol
1．3通信數(shù)據(jù)格式
1．3．1上位機接收數(shù)據(jù)的通信格式
上位機接收數(shù)據(jù)的通信格式如表2所示。
表2上位機接收數(shù)據(jù)的通信格式
Tab．2 Co衄Ilni訓蚰f岫at of恤e host伽咖哩，Ilter f打聃喇訂ng蛐
幀頭為十六進制7 B，有效字節(jié)數(shù)根據(jù)命令長短
的不同而不同。下位機地址一般設置為十六進制00，
上位機控制下位機的命令字如表3所示。校驗和是除
《自動化儀表》第37卷第8期2016年8月
去幀頭和幀尾外數(shù)據(jù)的累加和去低字節(jié)位，幀尾為十
六進制7D。
表3上位機控制下位機的命令字
1’ab．3 1■e∞刪mnd words for host咖puter to
∞n仃oI sl盯e∞mput盯
注：未列舉所有完整的常用通信指令命令。
1．3．2下位機發(fā)送數(shù)據(jù)的通信格式
下位機發(fā)送數(shù)據(jù)的通信格式如表4所示。其與上
位機接收數(shù)據(jù)的通信格式相同，只是依據(jù)上位機發(fā)送
的不同命令，返回不同的參數(shù)。
表4下位機發(fā)送數(shù)據(jù)的通信格式
Tab．4 C伽啪刪訓on fon眥t of恤e sIave∞mp叭er
t缸鼴n塒岫g訛
2軟件設計
該軟件使用LabVIEw軟件進行開發(fā)，主要設計了
寫串口模塊、讀串口模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)顯示模
塊和報表導出模塊等。
2．1寫串口模塊
寫串口模塊在程序中主要用于向串口寫命令，該
子程序進行了如下的操作：
①定義了串口的資源和波特率，以及8位數(shù)據(jù)比
特位，無奇偶校驗，停止位l位，無流控制。
②設置了接收和發(fā)送緩沖區(qū)的大小為8 192 B。
③將表2中的數(shù)據(jù)拼接后轉(zhuǎn)換為字符串向串口寫
數(shù)據(jù)，如需啟動測試，則發(fā)送“7B 06 00 01 07 7D”。
將寫串口程序?qū)懗勺幽K，方便了寫串口子程序
的調(diào)用。
2．2讀串口模塊
讀串口程序比寫串口程序多一個步驟，下面對讀
取測試結(jié)論子程序進行舉例說明。
①首先對“讀取測試結(jié)論”的命令進行拼接，幀頭
為7B，長度為06；設置設備地址，默認為00，命令為
63
萬方數(shù)據(jù)
公路機電產(chǎn)品電氣安全性自動測試軟件研發(fā)肖強。等
00；校驗碼通過子程序進行計算后拼接，幀頭為7D。
②將拼接完成的命令存入TX—U8一ARRAY中，通
過狀態(tài)機發(fā)送到寫串口子程序。
③使用讀串口程序來讀取串口數(shù)據(jù)。在讀串口
程序中，先判斷狀態(tài)機的狀態(tài)，延時后讀取串口數(shù)
據(jù)。此時，需注意此處串口vi(VIsA abc Read)的
Bytes at Port屬性調(diào)用一定要連接讀串口vi，否則將
出現(xiàn)讀取錯誤。
2．3數(shù)據(jù)解析和顯示模塊
通過判斷前面板的測試模式設置，讀取數(shù)據(jù)后，根
據(jù)測試模式對數(shù)據(jù)進行解析；同時在前面板中顯示，每
個數(shù)據(jù)的解析和顯示要一一對應，否則將出現(xiàn)顯示
錯誤。
2．4報表導出模塊
報表導出模塊的流程圖如圖2所示。
圖2報表導出模塊流程圖
Fig．2 nowchaIt of repon export module
在報表中可以導出介電強度測試的升壓和保壓曲
線，擊穿電流曲線以及絕緣測試值。在前面板中設置
好儀器參數(shù)后，可點擊測試開始，測試完成后前面板中
的保存數(shù)據(jù)按鈕將自動啟用；可以打印測試結(jié)果，生成
word文檔；在IJabVIEw中調(diào)用word文檔需要使用
hbVIEW RepoIt Generation Toolkit for Microsoft O￡fice
開發(fā)包。81，以便于開發(fā)報表。
2．5主程序流程
程序使用了雙線程進行開發(fā)，主程序流程如圖3
所示。圖3中：UI線程主要是對主界面的各種響應，
如鼠標點擊釋放、外部控件刷新等使用；串口線程主
要是打開串口、申請串口緩存、等待觸發(fā)命令等。
圖3主程序流程圖
Fig．3 nowchart of main pmgram
3測試與總結(jié)
對本文開發(fā)的交流耐電壓絕緣測試儀軟件進行測
試，得到電子不停車收費(electronjc t0U c01lection，
ETC)天線(road side uJlit，RSU)介電強度升壓曲線如
圖4所示。設置其升壓時間為60 s，測試時間為60 s，
測試電壓為1 500 V‘9。1 0|。
圖4介電強度升壓曲線
Fig．4 ，I'lle cun，e of strengtll boost
部分產(chǎn)品測試結(jié)果如表5所示。
表5部分產(chǎn)品測試結(jié)果
Tab．5 Part ofthe product test懈lllts
(下轉(zhuǎn)第68頁)
64 PRoCESS AUTOMATloN玳S哪唧恤NTATloN VOL 37 N仉8 AugIlst 2016
1
I
l
1
0
0
O
0
^／靼罌
萬方數(shù)據(jù)
重油常壓塔硬件在環(huán)模擬仿真系統(tǒng)開發(fā)姜娜，等
對安全性能進行初步測試，如攻擊，，?？刂破鳎?
其與系統(tǒng)斷開，可以得到，，?？刂菩阅車乐叵陆?，如
圖4(d)段所示，同時兒和y7的控制器效果也相對
延遲。
4結(jié)束語
本研究主要以重油常壓塔為研究模型，搭建重油
常壓塔半實物仿真工業(yè)控制系統(tǒng)。以SheU公司重油
常壓塔為模型，使用Matlab建模；以西門子SIMAlrIC
S7—300 PLC作為控制器，在TLA Portal中組態(tài)控制
器，編寫控制程序；通過KEPServerEx OPC服務器建立
M砒lab與PLc之間的通信連接；采用winCC軟件繪制
組態(tài)人機界面，建立系統(tǒng)操作站；并對搭建的控制系統(tǒng)
進行了對象測試、參數(shù)整定與控制性能測試，最終實現(xiàn)
快、準、穩(wěn)的控制效果。
通過搭建重油常壓塔控制器硬件在環(huán)模擬仿真系
統(tǒng)測試床，可以為工業(yè)控制系統(tǒng)安全性能的評估與保
護研究作準備。不同于一般系統(tǒng)只用于對模型的攻擊
性研究，該系統(tǒng)可同時用于對模型與控制器的攻擊性
研究。特別是對于控制器的攻擊性研究，由于采用
PLc，使得其與工業(yè)控制系統(tǒng)更加相似，試驗結(jié)果也更
加準確。
參考文獻：
[1]彭勇，江常青，謝豐，等．工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全研究進展[J]．
清華大學學報(自然科學版)，加12，52(10)：1396—1408．
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息網(wǎng)絡安全，2013(S1)：13一16．
[3]何之棟，裘坤，鐘晨，等．工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全問題研
究[J]．工業(yè)控制計算機，2013，26(10)：1—4．
[4]劉星平，張智慧，胡廣，等．基于0Pc技術的控制系統(tǒng)集成實
現(xiàn)[J]．湖南工程學院學報，2012，22(3)：5—8．
[5]李軍．Wincc組態(tài)技巧與技術問答[M]．北京：機械工業(yè)出版
社，2013：29—118．
[6]俞金壽，顧幸生．過程控制工程[M]．4版．北京：高等教育出版
社，2012：75—89．
(上接第64頁)
4結(jié)束語
本文針對耐電壓測試儀器設置復雜，人工測試時
不能讀取升壓、保壓曲線和擊穿電流，需手工記錄等缺
點，使用LabVIEw，通過串口編程開發(fā)了一套公路機
電產(chǎn)品電氣安全性自動測試軟件。該軟件不僅提高了
重復性大的試驗檢測的工作效率、減少了試驗檢測工
程師的工作量，而且保證了公路機電產(chǎn)品在電氣安全
性能方面的質(zhì)量，具有很高的實用價值。
參考文獻：
[1]劉延博，劉春萌，尚霜霜．耐電壓測試儀的原理與應用[J]．品
牌與標準化，2叭0(14)：51．
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校準方法研究[J]．儀器儀表學報，2014，35(8)：1831一1836．
[3]黎步銀，龔道遠，羅元政，等．基于多機通信的高效P，I℃R耐電
壓自動測試系統(tǒng)[J]．儀表技術與傳感器，2015(1)：71—73．
[4]張瞍．耐電壓測試儀器的特性及應用[J]．電子元器件應用，
2004，6(1)：36—38．
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究[J]．傳感器世界，2005(10)：33—35．
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表，2010，31(7)：29—31．
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管理委員會．公路收費車道控制機：GBT 24968—2010[s]．北
京：中國標準出版社，2010．
[10]中華人民共和國交通部．LED車道控制標志：JT／T研一2004[s]．
’’’，，，●l，l''l’'''''''，'，'，，，l，，，’’，，，''，'，''’，，’’''，'''''，，，，l，''''''，，，l，'l’'''''''，，''，，，l
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