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公路機(jī)電產(chǎn)品電氣安全性自動(dòng)測(cè)試軟件研發(fā)

文檔作者：肖強(qiáng) 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(lái)源：云南省交通工程試驗(yàn)檢測(cè)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室云南省交通科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月12日
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公路機(jī)電產(chǎn)品電氣安全性自動(dòng)測(cè)試軟件研發(fā)肖強(qiáng)。等
公路機(jī)電產(chǎn)品電氣安全性自動(dòng)測(cè)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(yàn)檢測(cè)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，云南昆明650011；云南省交通科學(xué)研究院2，云南昆明
侄1，2
650011、
摘要：公路機(jī)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(biāo)，主要包括介電強(qiáng)度和絕緣兩項(xiàng)。針對(duì)其測(cè)試參數(shù)設(shè)置
繁瑣、需手工記錄等缺點(diǎn)，開發(fā)出一套自動(dòng)測(cè)試軟件。軟件采用hbvIEw編程，通過(guò)RS-232接口控制耐壓絕緣測(cè)試儀工作，采集相應(yīng)
的漏電電流波形和絕緣性能等測(cè)試結(jié)果。該軟件的應(yīng)用減少了繁瑣的人工操作，且可自動(dòng)生成并導(dǎo)出相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，提升了試驗(yàn)
效率。目前該軟件已實(shí)際應(yīng)用于公路機(jī)電產(chǎn)品的試驗(yàn)檢測(cè)。
關(guān)鍵詞：公路電氣安全通信協(xié)議介電強(qiáng)度耐壓絕緣自動(dòng)測(cè)試IdbV皿w RS．232
中圈分類號(hào)：nI一39；卯319 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10．16086／j．cnki．is8n 1000—0380．201608016
Ah巾哺ct：The electrical強(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)度性能和絕緣性能。介
電強(qiáng)度測(cè)試又稱作耐電壓測(cè)試，它對(duì)判斷電氣設(shè)備
能否繼續(xù)安全運(yùn)行具有決定性意義。該測(cè)試是多數(shù)
產(chǎn)品制造廠商的必測(cè)項(xiàng)目，是比較有效和直接的鑒
定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)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(dòng)耐壓絕緣測(cè)試儀進(jìn)行電氣安全性能
測(cè)試，測(cè)試過(guò)程完全由人工操作。由于設(shè)備的設(shè)置較
麻煩，因此對(duì)測(cè)試人員的要求較高，在測(cè)試任務(wù)繁重時(shí)
重復(fù)的人工操作會(huì)導(dǎo)致誤操作。此外，人工操作無(wú)法
修改稿收到日期：2016—01—08。
第一作者肖強(qiáng)(1982一)，男，2009年畢業(yè)于華東交通大學(xué)機(jī)械制造
及其自動(dòng)化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，工程師；主要從事機(jī)器視覺(jué)、公路交通工
程檢測(cè)、虛擬儀器及自動(dòng)化研發(fā)等工作。
記錄整個(gè)電源升壓過(guò)程和測(cè)試過(guò)程中設(shè)備的漏電電流
數(shù)據(jù)。
本文采用蚰VIEW編程，針對(duì)青島艾諾生產(chǎn)的
AN9632xw交流耐壓絕緣測(cè)試儀，進(jìn)行了上位機(jī)軟件
研發(fā)n]，解決了儀器設(shè)置困難、無(wú)法監(jiān)測(cè)整個(gè)測(cè)試過(guò)程
的難題。該軟件實(shí)現(xiàn)了測(cè)試報(bào)表的即時(shí)自動(dòng)導(dǎo)出，減
少了人工操作，提高了測(cè)試效率。
l軟件通信協(xié)議
軟件采用上位機(jī)串口與AN9632xw交流耐壓絕
緣測(cè)試儀的串口進(jìn)行通信，從而控制耐壓絕緣測(cè)試儀
工作。
1．1常用通信指令命令集
AN9632XW交流耐壓絕緣測(cè)試儀提供了如表1所
示的命令集，主要有讀取測(cè)試結(jié)論、啟動(dòng)測(cè)試、停止測(cè)
試、設(shè)置接地方式、選擇測(cè)試方式、設(shè)置啟動(dòng)控制方式
等命令。
如需進(jìn)行Rs-232串口控制，則要將儀器設(shè)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(yáng)馬 舍糾 銓平
2
2 役鰣 叨精 磊靜
2
2 布饈 強(qiáng)沼
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
公路機(jī)電產(chǎn)品電氣安全性自動(dòng)測(cè)試軟件研發(fā)肖強(qiáng)，等
“uART”控制模式，并將測(cè)試儀器地址設(shè)置為0，波特
率設(shè)置為9 600 b∥s。
表l設(shè)備常用通信指令命令集
Tab．1 The c鋤mon咖mllni訓(xùn)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(cè)控網(wǎng)絡(luò)由上位
機(jī)(PC)和下位機(jī)(絕緣耐壓測(cè)試儀)組成。首先由上
位機(jī)的下傳命令發(fā)起通信，以下位機(jī)的應(yīng)答作為結(jié)束。
所以本設(shè)備握手協(xié)議采用單向握手協(xié)議，即上位機(jī)解
析下位機(jī)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(jī)下位機(jī)
／
＼
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(jī)接收數(shù)據(jù)的通信格式
上位機(jī)接收數(shù)據(jù)的通信格式如表2所示。
表2上位機(jī)接收數(shù)據(jù)的通信格式
Tab．2 Co衄Ilni訓(xùn)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(jìn)制7 B，有效字節(jié)數(shù)根據(jù)命令長(zhǎng)短
的不同而不同。下位機(jī)地址一般設(shè)置為十六進(jìn)制00，
上位機(jī)控制下位機(jī)的命令字如表3所示。校驗(yàn)和是除
《自動(dòng)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(jìn)制7D。
表3上位機(jī)控制下位機(jī)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(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信格式
下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信格式如表4所示。其與上
位機(jī)接收數(shù)據(jù)的通信格式相同，只是依據(jù)上位機(jī)發(fā)送
的不同命令，返回不同的參數(shù)。
表4下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信格式
Tab．4 C伽啪刪訓(xùn)on fon眥t of恤e sIave∞mp叭er
t缸鼴n塒岫g訛
2軟件設(shè)計(jì)
該軟件使用LabVIEw軟件進(jìn)行開發(fā)，主要設(shè)計(jì)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(bào)表導(dǎo)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(jìn)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(wú)奇偶校驗(yàn)，停止位l位，無(wú)流控制。
②設(shè)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(dòng)測(cè)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(gè)步驟，下面對(duì)讀
取測(cè)試結(jié)論子程序進(jìn)行舉例說(shuō)明。
①首先對(duì)“讀取測(cè)試結(jié)論”的命令進(jìn)行拼接，幀頭
為7B，長(zhǎng)度為06；設(shè)置設(shè)備地址，默認(rèn)為00，命令為
63
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
公路機(jī)電產(chǎn)品電氣安全性自動(dòng)測(cè)試軟件研發(fā)肖強(qiáng)。等
00；校驗(yàn)碼通過(guò)子程序進(jìn)行計(jì)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(guò)狀態(tài)機(jī)發(fā)送到寫串口子程序。
③使用讀串口程序來(lái)讀取串口數(shù)據(jù)。在讀串口
程序中，先判斷狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，延時(shí)后讀取串口數(shù)
據(jù)。此時(shí)，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(cuò)誤。
2．3數(shù)據(jù)解析和顯示模塊
通過(guò)判斷前面板的測(cè)試模式設(shè)置，讀取數(shù)據(jù)后，根
據(jù)測(cè)試模式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；同時(shí)在前面板中顯示，每
個(gè)數(shù)據(jù)的解析和顯示要一一對(duì)應(yīng)，否則將出現(xiàn)顯示
錯(cuò)誤。
2．4報(bào)表導(dǎo)出模塊
報(bào)表導(dǎo)出模塊的流程圖如圖2所示。
圖2報(bào)表導(dǎo)出模塊流程圖
Fig．2 nowchaIt of repon export module
在報(bào)表中可以導(dǎo)出介電強(qiáng)度測(cè)試的升壓和保壓曲
線，擊穿電流曲線以及絕緣測(cè)試值。在前面板中設(shè)置
好儀器參數(shù)后，可點(diǎn)擊測(cè)試開始，測(cè)試完成后前面板中
的保存數(shù)據(jù)按鈕將自動(dòng)啟用；可以打印測(cè)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(bào)表。
2．5主程序流程
程序使用了雙線程進(jìn)行開發(fā)，主程序流程如圖3
所示。圖3中：UI線程主要是對(duì)主界面的各種響應(yīng)，
如鼠標(biāo)點(diǎn)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(qǐng)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(cè)試與總結(jié)
對(duì)本文開發(fā)的交流耐電壓絕緣測(cè)試儀軟件進(jìn)行測(cè)
試，得到電子不停車收費(fèi)(electronjc t0U c01lection，
ETC)天線(road side uJlit，RSU)介電強(qiáng)度升壓曲線如
圖4所示。設(shè)置其升壓時(shí)間為60 s，測(cè)試時(shí)間為60 s，
測(cè)試電壓為1 500 V‘9。1 0|。
圖4介電強(qiáng)度升壓曲線
Fig．4 ，I'lle cun，e of strengtll boost
部分產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果如表5所示。
表5部分產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果
Tab．5 Part ofthe product test懈lllts
(下轉(zhuǎn)第68頁(yè))
64 PRoCESS AUTOMATloN玳S哪唧恤NTATloN VOL 37 N仉8 AugIlst 2016
1
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^／靼罌
萬(wàn)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(duì)安全性能進(jìn)行初步測(cè)試，如攻擊，，?？刂破鳎?
其與系統(tǒng)斷開，可以得到，，。控制性能嚴(yán)重下降，如
圖4(d)段所示，同時(shí)兒和y7的控制器效果也相對(duì)
延遲。
4結(jié)束語(yǔ)
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(shí)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(guò)KEPServerEx OPC服務(wù)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(jī)界面，建立系統(tǒng)操作站；并對(duì)搭建的控制系統(tǒng)
進(jìn)行了對(duì)象測(cè)試、參數(shù)整定與控制性能測(cè)試，最終實(shí)現(xiàn)
快、準(zhǔn)、穩(wěn)的控制效果。
通過(guò)搭建重油常壓塔控制器硬件在環(huán)模擬仿真系
統(tǒng)測(cè)試床，可以為工業(yè)控制系統(tǒng)安全性能的評(píng)估與保
護(hù)研究作準(zhǔn)備。不同于一般系統(tǒng)只用于對(duì)模型的攻擊
性研究，該系統(tǒng)可同時(shí)用于對(duì)模型與控制器的攻擊性
研究。特別是對(duì)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(yàn)結(jié)果也更
加準(zhǔn)確。
參考文獻(xiàn)：
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社，2012：75—89．
(上接第64頁(yè))
4結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)耐電壓測(cè)試儀器設(shè)置復(fù)雜，人工測(cè)試時(shí)
不能讀取升壓、保壓曲線和擊穿電流，需手工記錄等缺
點(diǎn)，使用LabVIEw，通過(guò)串口編程開發(fā)了一套公路機(jī)
電產(chǎn)品電氣安全性自動(dòng)測(cè)試軟件。該軟件不僅提高了
重復(fù)性大的試驗(yàn)檢測(cè)的工作效率、減少了試驗(yàn)檢測(cè)工
程師的工作量，而且保證了公路機(jī)電產(chǎn)品在電氣安全
性能方面的質(zhì)量，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
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’’’，，，●l，l''l’'''''''，'，'，，，l，，，’’，，，''，'，''’，，’’''，'''''，，，，l，''''''，，，l，'l’'''''''，，''，，，l
“第五屆測(cè)量控制與儀器儀表行業(yè)文化藝術(shù)展”誠(chéng)邀蒞臨1
2016年9月21—24日中國(guó)·北京新國(guó)際展覽中心
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PRoCESS AI朋OMAⅡON礬STRI】M研盯A110N、U 37 N仉8 AllgIlst加16
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