专利名称：全自动负载箱测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力计量相关的负载箱测试自动检测装置，可以检测电流负载 箱、电压负载箱的误差精度等级是否符合相关的规范，属于电力系统计量检测技术领域。
背景技术：
目前负载箱的检定使用校验仪过程中效率比较低，接线比较复杂。原有的校验仪 的精度与显示位数不足，原有负荷箱的检测有两种方法一种是采用电工式互感器校验仪 整检台，此种方法测量精度高，测量范围也比较宽，但测试速度慢，而电子式互感器校验台 一般不具有测量负荷箱特别是测量大容量负荷箱的功能。另一种方法需要外接调压器升流 器，隔离电压互感器等，而且由于互感器校验仪本身的精度不高，造成测量结果误差较大。 两种方法都存在着同一问题，不能出具各种报表或证书，而且数据备份维护以及与电力MIS 系统的连接都存在着较大的问题。由于上述种种原因，对于要求一年一检的负荷箱，各电科 院、电力局、各地质量技术监督局都觉得检定与校验负荷箱是一项费时费力的工作。
发明内容
为了解决现有技术中负载箱校验仪测量精度较低、显示位数不足、测试速度慢的 问题。本发明提供了一种可以实现对负载箱高精度且能够自动测试的装置，并且具有报表 储存、出具、打印等功能。本发明全自动负载箱测试仪的工作原理
目前电流、电压负载箱都是采用电工式原理，通过电阻和电感的串联方式来取得相应 的阻抗和导纳的大小。为了准确测量电流负载箱的阻抗，通过控制数控线性电源输出一个稳定的电流信 号到电流负载箱的接线端子上，通过AD采样模块采样接线端子上的电压信号的大小和与 电流信号的角度差，可以计算出相应的电阻和电抗的大小。为了准确测量电压负载箱的导纳，通过控制数控线性电源输出一个稳定的电压信 号到电压负载箱的接线端子上，通过AD采样模块采样回路中的电流信号的大小和与电压 信号的角度差，可以计算出相应的电导和电纳的大小。使用AD采样模块采样到电压和电流信号的大小后，通过快速傅立叶FFT算法可以 计算出两路信号的角度差，通过相应的三角函数计算可以求出阻抗和导纳的大小。例如
假设采样到的电压为U，电流为I，相位差为a (单位为度)；
电流负载箱
电阻 R=U/I*C0&i;
电抗 X=U/I*SINa;
电压负载箱
电导 G=I/U*C0&i;电纳 B=_I/U*SINa;
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是
一种全自动负载箱测试仪，包括PC机、其特征在于还包括DSP控制模块、AD采样模 块、D/A转换模块、数控线性电源，所述PC机通过CAN总线与DSP控制模块通信，所述DSP控 制模块与D/A转换模块连接，所D/A转换模块与数控线性电源相连接，所述数控线性电源与 待测负载箱连接输送稳定的电压信号，所述待测负载箱与AD采样模块连接，AD采样模块与 DSP控制模块连接。前述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述PC机包括人机交互界面、数 据库模块、通讯模块、MIS接口模块。前述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述DSP控制模块采用LFM07A芯 片。前述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述AD采样模块采用14位的 MAX125芯片，具有8通道同步采样功能。前述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述D/A转换模块采用14位的 AD7538芯片，用来控制调节数控线性电源的输出电压大小。前述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于数控线性电源采用单片机控制的 三极管甲类放大模式，设置有0 — 5V模拟输入接口，输出电压正比于输入电压。前述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述PC机的USB接口与USB-CAN 转换板的USB接口连接，所述USB-CAN转换板的CAN总线接口与DSP控制模块的CAN接口 连接。本发明的有益效果是全自动负载箱测试仪是以个人计算机PC为人机操作界面， 以数字信号处理器DSP为控制器，以数字程控线性电源为激励源的自动测量装置。全自动 负载箱测试仪采用全新的设计，将调压器、升流器、隔离电压互感器融为一体，同时也扩大 了量程范围。在检定负荷箱的过程中，不需要外接任何设备，接线也很简单，同时该仪器上 位机为PC，采用大屏幕液晶显示器，显示直观，操作方便；上位管理软件采用数据库系统， 可以方便的储存测试结果，出具报表；预留MIS系统接口，可以和上位MIS系统无缝连接。
图1本发明全自动负载箱测试仪的系统结构图； 图2本发明全自动负载箱测试仪的软件构成图3本发明主电路框图； 图4本发明参数计算原理框图； 图5本发明CAN总线通信电路框图； 图6本发明DA部分电路原理图； 图7本发明AD部分电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的描述。如图所示，全自动负载箱测试仪，包括PC机、DSP控制模块、AD采样模块、D/A转换模块、数控线性电源。上位PC机，主要包括测试管理软件、通讯软件。测试管理软件又包括测试的人机 交互界面、数据库模块、通讯模块、MIS接口模块等。人机交互界面采用VS开发系统，具有WINDOWS标准的界面风格和操作方式，对应 任何会使用WINDOWS系统计算机的人来说，很快就可以熟练的掌握测试的操作。 通讯软件采用工业现场总线的CAN总线技术，CAN-bus (Controller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。作为一种技术先 进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus已被广泛应用到各个 自动化控制系统中。例如，在汽车电子、自动机械、智能大厦、电力系统、安防监控、船舶海 运、电梯控制、消防安全等各领域，CAN-bus都具有不可比拟的优越性。CAN-bus以其开发维护的低成本、高总线利用率、很远的传输距离(最远可达 10Km)、高速的传输速率(最高可达1Mbps)、根据优先级的多主结构、可靠的错误检测和处 理机制，全面弥补了传统RS-485网络的低总线利用率、单主从结构、无硬件错误检测的不 足，使用户能组建起稳定、高效的现场总线控制系统，从而产生最大的实际价值。本发明CAN现场总线，接口芯片为飞利浦的PCA82C250。CAN总线采用两线差分的 方式传输信号，信号的速率高达1Mbps. CAN总线采用非破坏性的总线仲裁技术，总线上的 信号按照发送芯片的优先级进行仲裁，优先级高的先发，优先级低的后发，整个仲裁采用硬 件方式，无需软件干预即可完成。采用数据包的方式，每包最多传输8个字节的数据，既可 以满足一般数据量的要求，也不会占用太多的总线时间，符合总线实时性的要求。通过计算 机的USB接口进行转换，只要是有USB接口的计算机都可以很方便的使用。而且CAN总线 具有可靠性高、数据传输快、协议开放等特点，非常适合于电力系统的通讯。数据库模块采用微软公司流行的SQL系统，具有兼容性好、可靠性高的特点，可以 与绝大部分的数据接口配合。MIS接口采用电力系统通用的标准，使用方便。本发明DSP控制模块采用TI公司的通用2000系列的LFM07A，速度为40M，具有 丰富的外设单元，包括CAN总线模块、串口模块、10接口、SPI等接口。本发明AD采样模块前级使用0. 精度的电压和电流互感器，调理电路采用高 精度运放11以652和0. 05%的电阻，经过ADG409的程控放大和有源滤波电路，将处理过符 合幅值要求的信号送入14位的MAX125芯片，MAX125芯片具有8通道同步采样功能，采样 精度大于0. 05%。采样频率控制采用⑶4046和⑶4020组成的锁相环电路，将信号频率放 大64倍，即采样频率为3. 2KHZ。本发明D/A转换模块采用AD9851信号发生、0P285运放和AD7538。AD9851是高 精度的DDS (直接频率合成)芯片，可以产生频率稳定可调、幅值稳定的正弦信号，通过调整 AD7538的参考信号大小来控制输出幅值，14位的DA理论上具有2~14，即1/16384的精度， 可以精确的调节数控线性电源的输出电压大小，为测量提供了稳定性和精确性的保证。PLD可编程逻辑门阵列器件采用XILINX的)(C95144，方便总线和10 口的扩展和地 址译码。本发明数控线性电源采用单片机控制的三极管甲类放大模式，采用0 — 5V模拟输 入接口，输出电压正比于输入电压。通过单片机控制的闭环工作方式，可以稳定、精确的输出电压信号，排除了电源波动、负载和温度变化所带来的电压输出不稳定问题。工作时，PC机上的测试管理软件通过通讯模块与DSP控制模块进行数据、指令的 交换。测试管理软件选定了相应的负载箱规格、量程、角度以后，将数据下传到控制板。控 制板上的DSP控制模块接收到数据以后，通过控制D/A的大小和频率到数控线性电源，数控 线性电源起到一个功率放大器的作用，将0 — 5V的交流信号放大到0 — 120V的交流信号， 并且有200VA左右的功率输出能力，可以满足5A，1A, 100V, 100/3V, 100/1. 732V等规格的负 载箱功率要求。本发明全自动负载箱测试仪的校验工作过程如下
依据负载箱的精度等级(一般为3级)，计算出各个档位的数据的大小，列成表格。通过本全自动负载箱测试仪对负载箱进行测量，PC机自动将数据填入表格，并且 通过不同颜色的显示(红色表示不合格，黑色表示合格)，是否满足相应的精度要求是一目 了然的。对于满足误差要求的负载箱可以直接出具报表，打印或储存。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
1.一种全自动负载箱测试仪，包括PC机、其特征在于还包括DSP控制模块、AD采样 模块、D/A转换模块、数控线性电源，所述PC机通过CAN总线与DSP控制模块通信，所述DSP 控制模块与D/A转换模块连接，所D/A转换模块与数控线性电源相连接，所述数控线性电源 与待测负载箱连接输送稳定的电压信号，所述待测负载箱与AD采样模块连接，AD采样模块 与DSP控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述PC机包括人机 交互界面、数据库模块、通讯模块、MIS接口模块。
3.根据权利要求2所述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述DSP控制模块 采用LFM07A芯片。
4.根据权利要求3所述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述AD采样模块采 用14位的MAX125芯片，具有8通道同步采样功能。
5.根据权利要求4所述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述D/A转换模块 采用14位的AD7538芯片，用来控制调节数控线性电源的输出电压大小。
6.根据权利要求5所述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于数控线性电源采用 单片机控制的三极管甲类放大模式，设置有0 — 5V模拟输入接口，输出电压正比于输入电 压。
7.根据权利要求6所述的一种全自动负载箱测试仪，其特征在于所述PC机的USB接 口与USB-CAN转换板的USB接口连接，所述USB-CAN转换板的CAN总线接口与DSP控制模 块的CAN接口连接。
全文摘要
本发明公开了一种全自动负载箱测试仪，包括PC机、其特征在于还包括DSP控制模块、AD采样模块、D/A转换模块、数控线性电源，所述PC机通过CAN总线与DSP控制模块通信，所述DSP控制模块与D/A转换模块连接，所D/A转换模块与数控线性电源相连接，所述数控线性电源与待测负载箱连接输送稳定的电压信号，所述待测负载箱与AD采样模块连接，AD采样模块与DSP控制模块连接。本发明解决了现有技术中负载箱校验仪测量精度较低、显示位数不足、测试速度慢的问题。本发明提供了一种可以实现对负载箱高精度自动测试的装置，并且具有报表储存、出具、打印等功能。
文档编号G08C19/00GK102141585SQ201110041438
公开日2011年8月3日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者丁伟, 包东桥, 包玉树, 庞珊珊, 李军, 李澄, 王成亮, 罗传仙, 许本化, 陈威, 高山, 黄磊 申请人:江苏方天电力技术有限公司