基于LabVIEW的便携式温度电量快速测量换算装置的研制

基于LabVIEW的便携式温度电量快速测量换算装置的研制

许家凤黄志威李世亨

广东电网有限责任公司东莞供电局东莞523000

摘要：变电站主变温度表的温度电量输出信号的准确性直接反应主变的运行状况。在变电站现场对主变温度表进行预试工作，不仅需要对其主变温度表的温度校准点进行定检，同时需要测量模拟温度电量的输出信号。针对测量校准过程中遇到的测试效率低下、换算方法复杂、人为计算误差大、耗时长等问题，研制一种基于LabVIEW的便携式温度电量快速测量换算装置。运用LabVIEW嵌入式开发STM32进行温度电量信号采集与换算编程，快速解决主变温度表试验中的信号测量换算，顺利完成主变温度表预试，提高现场工作效率。

关键词：主变温度表；LabVIEW；STM32；测量换算

Abstract：Theaccurateoutputsignaloftemperaturefromsubstationmaintransformerthermometerdirectlyrespondstransformer’scondition.Whilepre-testingonsite，notonlythetemperaturecalibrationpointsofthetransformerrequiredtoberegularlychecked，butalsooutputsignaloftheanalogtemperatureneedtobemeasured.Forproblemslikelowtestefficiency，complexconversionmethod，greatcalculationerror，andlongtime，wedevelopaportabletemperaturemeasurementconversiondevicebasedonLaboratoryVirtualInstrumentWorkbench.TheSTM32，embeddeddevelopedbyLabVIEW，carriesonthetemperatureelectricquantitysignalacquisitionandconversionprogramming.Itwillrapidlyresolutesignalmeasurementconversion，smoothlycompletethepre-testfortransformerthermometer，andgreatlyimproveworkefficiencyonsite.

Keywods：themaintransformerthermometer；LabVIEW；STM32；measurementconversion

0引言

变电站主变温度表的主要用途是监测主变在运行时的油面和绕组的温度情况，通过温包感应主变本体温度的变化，输出温度电量信号到后台监控来实时监测主变的运行状态。平日现场预试工作中在对主变本体油温表、绕组温度表试验输出温度电量信号测量分析时，换算方法复杂、人为计算误差较大、耗时长，并且操作不方便，需要经常反复使用万用表和钳形电流表，导致增大工作量、测量工作效率低下。为了进一步提高测量精度、换算速度以及工作效率，采用LabVIEW软件进行STM32嵌入式开发，进行温度电量信号采集与换算编程，快速解决变电站主变温度表试验的测量信号工作。

通过技术创新，对日常工作中主变温度表校验过程进行系统分析，统计并找到测试效率低下的症结所在，运用LabVIEW软件及嵌入式硬件微处理器ARM9芯片，研制出一种便携式温度电量快速测量换算装置，使其温度表预试工作中温度电量输出信号的测量与换算过程同时进行，并免除人工换算过程。在测量精度方面进行深入分析以及大量实验验证，以确保其测量精度达到要求。通过装置研制实施，使其工作现场减少人力投入，降低安全风险，提高现场工作效率。

1装置结构设计

主变温度表输出的温度电量信号主要是通过0-5V电压、4-20mA电流信号传输到后台监控电脑和远方温度指示仪，并转换成温度值直接显示。这里我们主要介绍AKM温度计，AKM35绕组温度计系列带传感器4-20mA输出的电气连接图如图1所示。在变电站现场进行主变温度表预试工作时，主变温度表的校准方法是将测量出的主变输出温度电量值通过计算换算成对应的温度值，再与温度表、后台监控机进行对比。现场主变温度表预试及缺陷处理工作时，一般使用万用表、钳形电流表对输出信号进行测量，再通过人工计算得到对应温度值。在此，我们将经过变送器输出的信号的测量过程与计算过程合并，直接用其研制装置的接线端接入温度表内的输出信号端进行数据采集处理，直接以温度值的形式显示测量结果。整个系统采用便携式设计。

图1AKM35绕组温度计系列带传感器4-20mA输出的电气连接图

2硬件平台

本装置的实验平台选用以STM32芯片为核心进行开发。装置的硬件方面的组成主要有信号采集调理板、SRAM内存访问以及显示屏显示、报警部分。本装置采集的芯片外部通道设计为5路。一路为4-20mA电流信号通道、一路为0-10V电压信号通道、一路为热电阻测量阻值采集通道、两路为通断信号报警通道。其中蜂鸣器驱动需要外部电路的支持，将其正确对应电路板上芯片引脚，设定当外部信号导通时实现即刻蜂鸣报警。利用电路板上的ADC模拟量输入口对主变温度表的输出信号端子进行电压、电流信号采集。其中因为STM32板的ADC模拟量输入端只采集电压信号，故采集4-20mA电流时需要通过电流转换电压模块来实现。ADC信号采集的STM32芯片内部自带3个独立的12位ADC，最多可实现21路外部信号交替采集。采样频率由ADC的位数来决定，但因精度会受到外界温度、噪声等得干扰，使其采样精度一般会低于分辨率。在这里我们通过调整STM32的转换时间来确保采样精度，转换时间越长，精度越高。

3软件架构设计

LabVIEW是由美国国家仪器公司（NI）于1986年发明的0。以LabVIEW为核心，配合不同行业的专用工具包，结合NI强大的硬件平台所构成的“图形化设计”理念，已经快速渗透各个行业，尤其是嵌入式应用、FPGA设计、运动控制、图像处理、半导体测试等领域，将占据越来越多的市场份额。设计嵌入式系统使用LabVIEW具有很大的优势。首先借助LabVIEW软件的图形化设计环境可以快速实现编程与部署，并且可以重复使用传统的嵌入式代码、C语言库。借助内置调试、仿真和用户界面功能快速实现原型开发，同时内嵌实时操作系统灵活应对严格实施要求0。借助LabVIEW平台的通用性，可以灵活的附加功能模块。

本装置采用LabVIEWARM嵌入式开发，其具体功能有：集成调试、桌面仿真、通信驱动程序、用于各种微控制器的I/O驱动程序0。本装置的实验平台选用以STM32芯片为核心进行程序嵌入式开发，搭建温度电量信号仿真计算平台。软件部分的工作流程如图2所示。

图2软件工作流程图

这里我们主要列出实现此装置功能的端口初始化和主VI主循环状态程序框图部分。打开LabVIEW软件新建一个项目并命名，添加设备Other中的STM32相应数据板，创建新的VI，在后面板设计程序框图。首先需要实现各个功能端口的初始化，分别将电压、电流、电阻3个模拟采集量、3个IO端口、蜂鸣器和LED灯报警、液晶显示屏全部初始化。主VI的初始化状态程序框图见图3。之后将每个通道所实现的功能写入程序框图内，其主VI的主循环状态程序框图见4。待所有程序框架全部编写完成后，就将其程序通过Jlink下载器下载到STM32板中，应用LabVIEW程序访问STM32芯片。

图4主VI的主循环状态程序框图

4上位机应用程序

本实验为现场便携式装置，故STM32前面板可在线实时运行，因此可不用编写独立的上位机程序来测试STM32下位机程序。但是，我们也可将此装置通过STM32采集到的信号通过USB或Etherent传送到上位机，再利用LabVIEW上位机中各种信号处理工具进行数据分析，这样灵活度更高。

5实际应用结果

模拟测试场所我们采用热工仪表实验室，主要考虑实验室内有配套的热电阻自动检定系统VSTR-99，可以模拟运行现场温度表的温升曲线，符合检查条件。将温度表的输出信号接入到便携式温度电量测量换算装置的电压电流信号采集的4个接线柱上，通过检定系统调节油槽的温度改变温度表温度来检验便携式温度电量测量换算装置的温度显示和温度表的温度的误差。经过校准定检，其装置的精度误差测试符合要求。装置的精度误差测试记录表见表1。

表1精度误差测试记录表

6结语

本文研制的装置具备电流和电压的测量功能，可以测试和校准现场温度，很大方面提高了现场测量便捷性及现场计算速度，有效提高工作效率。实现了在预试工作现场直接将温度电量信号转换为温度值显示，实现温度信号报警的功能，方便于工业现场以及实验室使用。

参考文献

[1]张桐，陈国顺.精通LabVIEW程序设计[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]肖明耀.LabVIEWforARM嵌入式控制[M].北京：中国电力出版社，2015.

[3]王电令，苏亚辉，苏彩虹.STM32开发实战[M].北京：机械工业出版社，2016.

作者简介：

许家凤（1987-），女，硕士研究生，主要从事方向为电测仪表、电能质量分析与控制黄志威（1988-），男，大学本科生，主要从事方向为热工仪表、电测仪表、电能质量分析与控制

李世亨（1990-），男，大学本科生，主要从事方向为热工仪表、电能质量分析与控制

职创项目：基于LabVIEW的便携式温度电量快速测量换算装置的研制（GDZC-031920160262）