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基于LabVIEW虚拟仪器的数据采集和故障录波

时间:2021-12-24 21:01:01 作者:超级管理员

本公司经过做PCI、USB等数据采集卡的技术积累,顺应形势,早在几年前就开始了基于以太网TCP/IP传输的数据采集与控制的产品研发与应用,产品已经过千锤百炼,质量稳定可靠! 以太网一直是仪器控制的一种选择。它是一种成熟的总线技术,并一直被广泛应用于测试与测量

引言

       在运行中的220千伏以上的超高压输电线路上进行故障实验,将导致严重的电网事故,这几乎是不可能。为了测试继电保护和自动装置的动作性能以及满足其他科研和教学的需求,通常是用模拟超高压输电线路来代替真实的超高压输电线路来进行故障实验。实验中,故障数据的采集和保存显得尤其重要。传统的测试设备已经不能满足实验的要求。


       本文提出了一种基于计算机的数据采集系统,在中文Windows平台下,运用美国国家仪器公司的LabVIEW工具软件和恒凯电子公司的数据采集板,实现模拟超高压输电线路故障录波功能的微机应用软件包。该软件包可以实现开关量实时采集和显示功能,实现电压、电流等数据实时采集、显示及故障数据的保存、分析功能。它为电力系统故障实验、继电保护和自动装置的性能测试提供了记录分析工具,对电力系统继电保护的科研和教学都具有十分重要的现实意义。 作者:恒凯数据采集卡 https://www.bilibili.com/read/cv6287092?spm_id_from=333.999.0.0 出处:bilibili

硬件电路

       这一基于计算机的数据采集系统,是由模拟量、数字量调理电路,数据采集卡和计算机几部分组成。


2.1模拟量、数字量调理电路

       模拟量、数字量调理电路是独立设计开发的。目的是将来自模拟线路的交流220V电压量和交流10A的电流量转换成适用于数据采集卡的交流5V电压量,将直流24V开关量信号转换成适用于数据采集卡的直流5V开关量信号。

       模拟量信号调理包括隔离、滤波、放大三个处理环节。模拟信号经过电压变送器、电流变送器变送并隔离,阻-容电路低通滤波,运算放大器放大后即可获得适用于数据采集卡的交流5V电压信号。模拟量调理硬件电路图如图1所示。

图1模拟量调理硬件电路图

        开关量信号调理包括滤波、光电隔离两个处理环节。开关量信号经过滤波、光电隔离后即可获得适用于数据采集卡的直流开关量信号。


2.2数据采集卡

       目前,数据采集卡产品型号很多。选择美国虚拟仪器公司的与LabVIEW软件配套的数据采集卡最为合适,但是考虑到价格因素,我们选择了国内恒凯电子公司的USB6203采集卡,此卡附带LabVIEW软件的驱动程序。它的采样频率、分辨率、通道数、输入范围、触发方式等均能满足要求。

       在USB6203板卡上需要进行采集参数的设置。其中输入电压范围选择正负5V,DI0-DI15设置为开关量输入,AD0-AD15设置为模拟量输入,模拟量输入方式设置为单端输入。


2.3计算机

       计算机采用工控机是比较合适的,在安装了USB6203板卡的驱动程序后,数据采集测试正常。在家用电脑上安装USB6203板卡也是可行的,在win7,win10系统下均可正常工作。 

软件设计

3.1LabVIEW软件

       LabVIEW软件(laboratory virtual instrument engineering workbench——实验室虚拟仪器工作平台)是虚拟仪器领域最具代表性的图形化编程软件。它是直观的前面板与流程因式的编程方法的结合,是简化了而又更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境。它具有内置的程序编译器,速度大体相当于编译C的速度。它具有灵活的程序调试手段,功能强大的函数库,支持多种系统平台。


3.2软件平台

       我们使用LabVIEW工具软件和国内恒凯电子公司的USB6203采集卡,在取得比较好的经济效益的同时,编程也并不复杂。我们首先需要安装并配置好USB6203采集卡,安装相应的驱动程序。简单的说,让计算机识别USB6203采集卡。安装完驱动程序后,使用LabVIEW调用USB6203采集卡的DLL功能函数。如图2所示。

图2调用DLL函数

3.3恒凯电子公司DLL函数结点简介

这些功能结点完全取代了LabVIEW本身所具有的Data Acquisition中的结点,它们的用法也完全不同。简单地说,我们主要用到的有以下4个:打开驱动器(openUSB),配置输入范围(ad_continu_conf),读模拟输入通道(Read_AdBuf),关闭驱动器(closeUSB)。


3.3.1打开驱动器(openUSB)

打开USB设备。

函数:int openUSB(void);


3.3.2配置输入范围(ad_continu_conf)

设置AD采集参数并启动AD采样。

函数:int ad_continu_conf(int ad_os,int ad_range,int freq,int trig_sl,int trig_pol,int clk_sl,int ext_clk_pol);


3.3.3读模拟输入通道(Read_AdBuf)

该函数用于读取缓冲区FIFO的数据。

函数:int Read_AdBuf(float* databuf,int num);


3.3.4关闭驱动器(closeUSB)

关闭USB设备。

函数:void closeUSB(void);


3.4主界面(Panal)

主界面如图3所示。主界面中左上方小窗口显示故障前数据,正中第一个窗口显示四路电压,正中第二个窗口显示四路电流,正中第三个窗口显示四路开关量的变位数据。“高电位”表示“和”,“低电位”表示“分”。右上方显示开关量最终变位情况。若要保存为历史数据,按下“保存”按纽。

图3为单相接地故障时A、B、C三相电压、零序电压,A、B、C三相电流、零序电流,以及开关量变位情况。(由于未接被测继电保护装置,开关量只有一个变位。)

图3故障录波主界面

3.5图形程序(Diagram)

       如图4所示。图形程序(Diagram)由两个循环(While)构成。第一个小循环为正常情况下模拟量和开关量的采集,第二个循环为故障录波,包括8路模拟量和4路开关量。故障被切除后,录波结束,并显示波形。最右边的为保存程序,即将此次故障波形保存为历史数据。

图4图形程序

结论

(1)故障波形清晰,概念清楚。暂态过程表现明了。利用这一故障录波的波形,完成满足检测超高压线路继电保护装置性能的要求。

(2)基于美国NI公司的工具软件LABVIEW和国内恒凯电子公司的USB6203采集卡,录波性能良好。这就为使用LabVIEW工具软件作数据采集提供了又一条解决方案。

(3)国内恒凯电子公司的USB6203采集卡与美国NI公司的数据采集板相比较,其性能完全可以满足模拟超高压线路故障录波的要求,但价格要低的多。编程过程也比较简单。 


附:USB6203采集卡主要参数

HK-USB6203

l AI:16bit,200Ksps,16通道同步采集,多量程可选。

l AO:12bit,2通道,10V量程。

l DIO:32通道,5V电平。

l 附加功能:2通道PWM测量,2通道PWM输出。



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