基于labview的继电器测试系统设计
时间：10-02
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1.引言
继电器是自动控制系统、遥控遥测系统和通信系统的关键元件之一，它广泛应用于航空、航天、电子、通信、机械等装备中，继电器的可靠性直接影响到由其组成的设备、系统的可靠性，继电器的测试是保证其可靠性的重要技术。
目前国内的继电器测试系统有很多，但大部不够完善。手动方式的测试系统，操作复杂，易受主观因素影响，测试结果误差较大：
其余方式的测试系统，功能单一、灵活性差，开发周期长，维护困难。这些测试系统对超小电流进行准确测量比较困难，而且无法一次准确测量继电器的多组触点状态，继电器错判率高，不够可靠。
本系统采用NI发布的Lab-VIEW8.5软件，通过对研华功能板卡的控制，实现对继电器进行自动测试和数据采集。系统消除了人为主观因素的影响，高分辨率的研华功能板卡也使得测试结果的精度大大提高;对超小电流的测量采用霍尔电流传感器进行测量，解决了小电流的测试问题;特殊的电路设计可以一次性检测继电器多组触点的好坏，降低了继电器错判率：测试数据自动存储到数据库相应的数据表内，无需人为进行测试数据记录，把试验者从复杂繁琐的测试中解放出来，节省了工作时间，提高了工作效率。
2.继电器综合测试系统设计方案
本文介绍的继电器综合测试系统的设计方案，解决了两大类继电器--电压继电器盒时间继电器的测试和测试数据的存储问题。电压继电器需要测试的参数主要有吸台电压、释放电压、消耗电流、线圈电阻;时间继电器的测试参数有接通延时时间、保持时问、断开延时时间等。
2.1 吸合/释放电压的测试方案
系统利用LabVIEW软件程序控制研华功能板卡。通过研华功能板卡控制程控电压源，使它输出电压，此电压被送于被测继电器的线圈。逐步升高或降低输出电压，同时监测继电器的常开常闭触点状态，当产品的触点状志转换时，将此时程控电压源电压回读端口的电压值读出，即测得吸合/释放电压。
2.2 消耗电流/线圈电阻的测试方案
给继电器供电27伏时，利用霍尔电流传感器测量消耗电流，测量结果直接由研华功能板卡读出;测量线圈电阻时，先测量线圈电流，然后利用公式R=U/I即得线圈电阻值。
2.3 延时时间的测试方案
利用研华功能板卡上的计数器0输出一系列方波，通过软件读取方波信号的高低电平个数，同时在继电器状态转换时读取计数器的计数值，通过计算得出延时时间。
2.4 数据处理方案
使用LabVIEW的ActiveX自动化功能将测试数据存储于Access数据库中，使用LabVIEW的免费工具包LabSQL访问数据庠。
3.继电器综合测试系统的硬件设计
3.1 硬件系统组成
系统的硬件系统由研华工控机、研华功能板卡、朝阳电源、测试接口箱及精确的霍尔传感器组成。
3.1.1 研华工控机
工控机是系统控制和数据处理中心。该工控机是采用4U高14槽机架安装工业整机，通用14槽无源底扳，4个PCI、8个ISA、取冷却风扇，前端接线的USB和PS/2键盘，I/O接口可以连接各种外部设备。具有稳定性、扩展性、散热性强的特点。
3.1.2 研华功能板卡
采用研华PCI-1716板卡用来对被测产品的信号进行采集和处理。它是一款强大的高分辨率、多功能PCI数据采集卡。在系统中，我们利用PCI-1716的模拟输出端输出一个电压值控制程控电压源，将程控电压源的回测电压值及电流值送于PCI-1716的模拟输入端、A/D转换器：产品触点的状态于PCI-1716数字输入端读入，所有的延时时间由PCl-1716内的计数器完成。PCI-1716扳卡有如下特点：
·PCI总线主控进行数据传输。
·16路单端或8路差分A/D输入。
·16位A/D转换器，采样速率高达250KS/S.
·每个通道增益可编程。
·用于板载采样FIFO缓冲器。IK采样率。
·16位数字输入和16位数字输出。
·2个16位的D/A输出。
·板载可编程计数器/定时器。其中1个计数器作为事件计数器，用于对输入通道的事件或脉冲触发进行计数，另外两个级联在一起，用作脉冲触发时的32位定时器。
·自动通道/增益扫描。用户根据输入电压范围的需要，为每个通道设置相应的增益值。
3.1.3 朝阳电源
系统中，我们利用朝阳程控电源的电压输出端给继电器供电，从它的电压回馈端读取电压数据。它能够提供0~35V，10A的宽电压、大电流，它有远程遥控、电压电流回测、可预置电压电流保护值的过压过流保护等特点，而且同时具有自动与手动调节功能。
3.1.4 测试接口箱
产品插座箱是接口部分，选用专用继电器插座，测试产品时，只需将产品直接插入其对应型号的产品插座，无需另外接线，测试完成后将产品取下即可，插座箱上同时增加了继电器触点状态(常开、常闭)指示灯，和一组继电器触点接线柱，包括常开、常闭、中间刀、线圈+、线圈-，对于没有专有插座的继电器，都可通过这些接线柱与继电器连接，完成测试，同时这些接线柱也作校验用。
3.1.5 霍尔传感器
如果被测试产品的线圈消耗电流在50毫安以下，则程控电源的电流范围过大，小电流信号没办法准确测量，故而采用霍尔电流传感器作为小电流的测量。本系统采用了输入电流范围0-200mA.输出为0-5v的霍尔电流传感嚣。
霍尔电流传感器的工作原理为：当原边导线经过电流传感器时，原边电流Ip一会产生磁力绒，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流Is，并存在以下关系式：Is*Ns=Ip*Np.其中，Np-原边线圈匝数：Ns-副边线圈匝数，一般取Np=1.电流传感器的输出信号是副边电流Is，输出电流经过测量电阻Rm，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号与其它检测电流元件相比，霍尔电流传感器具有非接触、长寿命、高精度、体积小、重量轻、线性度好、响应快等特点。
测试系统原理框图如图1所示。
3.2 电路设计
图2所示为继电器综合测试系统的电路原理图。
如图2所示：被测继电器的中间刀接入PCI-1716板卡的数字地端，常开触点(CK)、常闭触点(CB)接入板卡的数字输入端。只有一组触点的继电器可以用此方法直接测试，但大多数继电器的触点一般有两组或两组以上，为避免把某组触点有问题的继电器判断为合格品，本测试系统采用了图3所示电路连接方法。
该电路为两组触点的继电器的连接电路。
将继电器两组触点的中间刀串联，而将其中一组的常闭触点与另外一组的常开触点相连作为中间刀，该中间刀接入研华板卡的DGND端。剩下剩下的常闭、常开触点与研华板卡的数字输入端和发光二极管相连，作为判断继电器触点的状态依据和指示。当电源给线圈供电并达到继电器接通状态时，常开触点与中间刀接通，被拉为低电平，而常闭触点与中间刀断开，电位升高(研华板卡的数字输入端悬空时为高电平)。如果其中一组触点损坏不能转换，则继电器的中问刀与常开常闭触点均断开，继电器判断未接通，这样继电器的两组触点全部被检测到。两组以上触点的继电器原理相同，可以把继电器的两组触点连接电路当成其中的组触点与接下来的组触点组成同样只有“两组触点”的继电器，以此类推，直到最后一组触点。测试时，只要其中一组触点损坏，继电器的状态都不会转换，即可判断继电器不合格。该方法经过实践检验，大大降低了继电器测试误判率。
程控电压源的接线端口除电压输出外，其余均集成于DB9接口，包括电压调节、电压回馈信号、电流回馈信号、输出开关、电流TTL等端口。测试系统将程控电压源的电压输出端与继电器的线圈相连，将电压信号调节端与研华PCI-1716板卡模拟输出和模拟地相连;电压回馈端送于PCI-1716的模拟输入通道，输出开关端与PCl-1716的数字输出通道相连。系统通过控制研华PC-1716板卡输出一电压值控制程控电压源输出电压。由程控电源的电压回馈端读取继电器接通或断开时的电压，通过对数字端口的控制，实现对程控电压源输出的控制。
将继电器线圈的正端按照霍尔传感器标示的电流方向穿过，将霍尔传感器的输出端“M”直接接PCI-1716板卡的模拟输入端，测试时由此端将继电器的消耗电流读出。
延时继电器的测量使用PCI-1716自带的定时/计数器82C53进行，使计数器0工作在方波速率发生器方式，将计数器0的输出端接入PCI-1716的数字输入端，用软件读取该方波发生的个数再加上计数器0的读数来测量时间。
4.继电器综台测试系统的软件设计
测试程序的设计根据研华板卡提供的LabVIEW驱动函数，先将常用函数打包成程序需要的子vi.编程时便于调用，不仅简化程序序，而且节省了编程时间。常用驱动函数有DeviceOpen.vi(打开由设备号指定的设备);DeviceClose.vi(关闭设备)：DioWritePortByte.vi(向指定的数字端口写数据);DIOReadPortByte.Vi(从指定教字端口读取数据)等。打包后的常用文件有读取触点状态。vi，电源开关。vi，输入电压。vi等。
程序流程图如图4所示：
测试过程中，电压电流测量结果均采用多次采集取平均值的方法，保证了测量结果的准确性，同时在测试方法上，适当增加延时，消除抖动因素，保证测量的可靠性。
5.结论
基于LabVIEW的继电器测试系统的设计方案，己经过多台设备的验证，因其系统界面友好、操作简单、维护方便，测量稳定，可扩展性强等优点， 解决了两大类继电器--电压继电器盒时间继电器的测试和测试数据的存储问题，具有较高的实际应用价值。
继电器是自动控制系统、遥控遥测系统和通信系统的关键元件之一，它广泛应用于航空、航天、电子、通信、机械等装备中，继电器的可靠性直接影响到由其组成的设备、系统的可靠性，继电器的测试是保证其可靠性的重要技术。
目前国内的继电器测试系统有很多，但大部不够完善。手动方式的测试系统，操作复杂，易受主观因素影响，测试结果误差较大：
其余方式的测试系统，功能单一、灵活性差，开发周期长，维护困难。这些测试系统对超小电流进行准确测量比较困难，而且无法一次准确测量继电器的多组触点状态，继电器错判率高，不够可靠。
本系统采用NI发布的Lab-VIEW8.5软件，通过对研华功能板卡的控制，实现对继电器进行自动测试和数据采集。系统消除了人为主观因素的影响，高分辨率的研华功能板卡也使得测试结果的精度大大提高;对超小电流的测量采用霍尔电流传感器进行测量，解决了小电流的测试问题;特殊的电路设计可以一次性检测继电器多组触点的好坏，降低了继电器错判率：测试数据自动存储到数据库相应的数据表内，无需人为进行测试数据记录，把试验者从复杂繁琐的测试中解放出来，节省了工作时间，提高了工作效率。
2.继电器综合测试系统设计方案
本文介绍的继电器综合测试系统的设计方案，解决了两大类继电器--电压继电器盒时间继电器的测试和测试数据的存储问题。电压继电器需要测试的参数主要有吸台电压、释放电压、消耗电流、线圈电阻;时间继电器的测试参数有接通延时时间、保持时问、断开延时时间等。
2.1 吸合/释放电压的测试方案
系统利用LabVIEW软件程序控制研华功能板卡。通过研华功能板卡控制程控电压源，使它输出电压，此电压被送于被测继电器的线圈。逐步升高或降低输出电压，同时监测继电器的常开常闭触点状态，当产品的触点状志转换时，将此时程控电压源电压回读端口的电压值读出，即测得吸合/释放电压。
2.2 消耗电流/线圈电阻的测试方案
给继电器供电27伏时，利用霍尔电流传感器测量消耗电流，测量结果直接由研华功能板卡读出;测量线圈电阻时，先测量线圈电流，然后利用公式R=U/I即得线圈电阻值。
2.3 延时时间的测试方案
利用研华功能板卡上的计数器0输出一系列方波，通过软件读取方波信号的高低电平个数，同时在继电器状态转换时读取计数器的计数值，通过计算得出延时时间。
2.4 数据处理方案
使用LabVIEW的ActiveX自动化功能将测试数据存储于Access数据库中，使用LabVIEW的免费工具包LabSQL访问数据庠。
3.继电器综合测试系统的硬件设计
3.1 硬件系统组成
系统的硬件系统由研华工控机、研华功能板卡、朝阳电源、测试接口箱及精确的霍尔传感器组成。
3.1.1 研华工控机
工控机是系统控制和数据处理中心。该工控机是采用4U高14槽机架安装工业整机，通用14槽无源底扳，4个PCI、8个ISA、取冷却风扇，前端接线的USB和PS/2键盘，I/O接口可以连接各种外部设备。具有稳定性、扩展性、散热性强的特点。
3.1.2 研华功能板卡
采用研华PCI-1716板卡用来对被测产品的信号进行采集和处理。它是一款强大的高分辨率、多功能PCI数据采集卡。在系统中，我们利用PCI-1716的模拟输出端输出一个电压值控制程控电压源，将程控电压源的回测电压值及电流值送于PCI-1716的模拟输入端、A/D转换器：产品触点的状态于PCI-1716数字输入端读入，所有的延时时间由PCl-1716内的计数器完成。PCI-1716扳卡有如下特点：
·PCI总线主控进行数据传输。
·16路单端或8路差分A/D输入。
·16位A/D转换器，采样速率高达250KS/S.
·每个通道增益可编程。
·用于板载采样FIFO缓冲器。IK采样率。
·16位数字输入和16位数字输出。
·2个16位的D/A输出。
·板载可编程计数器/定时器。其中1个计数器作为事件计数器，用于对输入通道的事件或脉冲触发进行计数，另外两个级联在一起，用作脉冲触发时的32位定时器。
·自动通道/增益扫描。用户根据输入电压范围的需要，为每个通道设置相应的增益值。
3.1.3 朝阳电源
系统中，我们利用朝阳程控电源的电压输出端给继电器供电，从它的电压回馈端读取电压数据。它能够提供0~35V，10A的宽电压、大电流，它有远程遥控、电压电流回测、可预置电压电流保护值的过压过流保护等特点，而且同时具有自动与手动调节功能。
3.1.4 测试接口箱
产品插座箱是接口部分，选用专用继电器插座，测试产品时，只需将产品直接插入其对应型号的产品插座，无需另外接线，测试完成后将产品取下即可，插座箱上同时增加了继电器触点状态(常开、常闭)指示灯，和一组继电器触点接线柱，包括常开、常闭、中间刀、线圈+、线圈-，对于没有专有插座的继电器，都可通过这些接线柱与继电器连接，完成测试，同时这些接线柱也作校验用。
3.1.5 霍尔传感器
如果被测试产品的线圈消耗电流在50毫安以下，则程控电源的电流范围过大，小电流信号没办法准确测量，故而采用霍尔电流传感器作为小电流的测量。本系统采用了输入电流范围0-200mA.输出为0-5v的霍尔电流传感嚣。
霍尔电流传感器的工作原理为：当原边导线经过电流传感器时，原边电流Ip一会产生磁力绒，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流Is，并存在以下关系式：Is*Ns=Ip*Np.其中，Np-原边线圈匝数：Ns-副边线圈匝数，一般取Np=1.电流传感器的输出信号是副边电流Is，输出电流经过测量电阻Rm，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号与其它检测电流元件相比，霍尔电流传感器具有非接触、长寿命、高精度、体积小、重量轻、线性度好、响应快等特点。
测试系统原理框图如图1所示。
3.2 电路设计
图2所示为继电器综合测试系统的电路原理图。
如图2所示：被测继电器的中间刀接入PCI-1716板卡的数字地端，常开触点(CK)、常闭触点(CB)接入板卡的数字输入端。只有一组触点的继电器可以用此方法直接测试，但大多数继电器的触点一般有两组或两组以上，为避免把某组触点有问题的继电器判断为合格品，本测试系统采用了图3所示电路连接方法。
该电路为两组触点的继电器的连接电路。
将继电器两组触点的中间刀串联，而将其中一组的常闭触点与另外一组的常开触点相连作为中间刀，该中间刀接入研华板卡的DGND端。剩下剩下的常闭、常开触点与研华板卡的数字输入端和发光二极管相连，作为判断继电器触点的状态依据和指示。当电源给线圈供电并达到继电器接通状态时，常开触点与中间刀接通，被拉为低电平，而常闭触点与中间刀断开，电位升高(研华板卡的数字输入端悬空时为高电平)。如果其中一组触点损坏不能转换，则继电器的中问刀与常开常闭触点均断开，继电器判断未接通，这样继电器的两组触点全部被检测到。两组以上触点的继电器原理相同，可以把继电器的两组触点连接电路当成其中的组触点与接下来的组触点组成同样只有“两组触点”的继电器，以此类推，直到最后一组触点。测试时，只要其中一组触点损坏，继电器的状态都不会转换，即可判断继电器不合格。该方法经过实践检验，大大降低了继电器测试误判率。
程控电压源的接线端口除电压输出外，其余均集成于DB9接口，包括电压调节、电压回馈信号、电流回馈信号、输出开关、电流TTL等端口。测试系统将程控电压源的电压输出端与继电器的线圈相连，将电压信号调节端与研华PCI-1716板卡模拟输出和模拟地相连;电压回馈端送于PCI-1716的模拟输入通道，输出开关端与PCl-1716的数字输出通道相连。系统通过控制研华PC-1716板卡输出一电压值控制程控电压源输出电压。由程控电源的电压回馈端读取继电器接通或断开时的电压，通过对数字端口的控制，实现对程控电压源输出的控制。
将继电器线圈的正端按照霍尔传感器标示的电流方向穿过，将霍尔传感器的输出端“M”直接接PCI-1716板卡的模拟输入端，测试时由此端将继电器的消耗电流读出。
延时继电器的测量使用PCI-1716自带的定时/计数器82C53进行，使计数器0工作在方波速率发生器方式，将计数器0的输出端接入PCI-1716的数字输入端，用软件读取该方波发生的个数再加上计数器0的读数来测量时间。
4.继电器综台测试系统的软件设计
测试程序的设计根据研华板卡提供的LabVIEW驱动函数，先将常用函数打包成程序需要的子vi.编程时便于调用，不仅简化程序序，而且节省了编程时间。常用驱动函数有DeviceOpen.vi(打开由设备号指定的设备);DeviceClose.vi(关闭设备)：DioWritePortByte.vi(向指定的数字端口写数据);DIOReadPortByte.Vi(从指定教字端口读取数据)等。打包后的常用文件有读取触点状态。vi，电源开关。vi，输入电压。vi等。
程序流程图如图4所示：
测试过程中，电压电流测量结果均采用多次采集取平均值的方法，保证了测量结果的准确性，同时在测试方法上，适当增加延时，消除抖动因素，保证测量的可靠性。
5.结论
基于LabVIEW的继电器测试系统的设计方案，己经过多台设备的验证，因其系统界面友好、操作简单、维护方便，测量稳定，可扩展性强等优点， 解决了两大类继电器--电压继电器盒时间继电器的测试和测试数据的存储问题，具有较高的实际应用价值。
讲得很好啊。
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