基于網(wǎng)絡(luò)的絕緣導(dǎo)通電阻自動測試系統(tǒng)

　　宋仔標(biāo)，崔洪亮，高倩，劉寧

　?。ɑ鸺娛抗賹W(xué)校，山東 青州，262500）

　　摘要：在導(dǎo)彈測試之前，需要對使用的電纜進(jìn)行絕緣導(dǎo)通測試，目前人工手動操作耗時長，各型號的自動測試設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不具備通用性?；诖?，設(shè)計了基于網(wǎng)絡(luò)的絕緣導(dǎo)通電阻自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)和繼電器陣列組成，各設(shè)備之間均通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信控制，在VC#平臺下完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)。實驗表明，該套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，結(jié)果準(zhǔn)確，兼容性強(qiáng)，易于擴(kuò)容等優(yōu)點。

　　關(guān)鍵詞：絕緣電阻測試；導(dǎo)通電阻測試；網(wǎng)絡(luò)通信；自動測試系統(tǒng)

　　基金項目：軍內(nèi)科研預(yù)研基金資助項目（編號不公開）

　　0 引言

　　在導(dǎo)彈測試之前，需要對使用的電纜進(jìn)行絕緣導(dǎo)通測試 ^[1] ，目前人工手動操作耗時長，各型號的自動測試設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常需要各種總線的DO模塊對繼電器進(jìn)行控制，如PCI，CPCI ^[2] ，PXI ^[3] 總線等?；诖耍O(shè)計了一套基于網(wǎng)絡(luò)的絕緣導(dǎo)通電阻自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)和繼電器陣列組成，各設(shè)備之間均通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，可直接通過上位機(jī)對繼電器控制。

　　上位機(jī)發(fā)送控制指令控制絕緣導(dǎo)通測試電路的切換及繼電器的通斷，并對采集的信號進(jìn)行處理、顯示、保存及打?。幌挛粰C(jī)采集狀態(tài)開關(guān)量和電壓信號并送給上位機(jī)處理；繼電器陣列通過網(wǎng)絡(luò)接收控制指令，根據(jù)控制指令完成相應(yīng)的繼電器的吸合或斷開，將不同的測試點接入測試電路。在VC#平臺下開發(fā)了軟件系統(tǒng)，整套系統(tǒng)在該軟件控制下運行。實驗表明，該套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，結(jié)果準(zhǔn)確，兼容性強(qiáng)，易于擴(kuò)容等優(yōu)點。

　　1 絕緣導(dǎo)通電阻自動測試電路設(shè)計

　　1.1 自動測試電路設(shè)計

　　在絕緣導(dǎo)通電阻自動測試時，需要自動將電纜插頭的某兩個點接入測試回路。根據(jù)需要，設(shè)計了絕緣導(dǎo)通電阻自動測試電路，電路原理如圖1所示。

　　自動測試電路由繼電器陣列A和繼電器陣列B，絕緣電阻測試電路和導(dǎo)通電阻測試電路組成，絕緣測試電路和導(dǎo)通測試電路的切換通過繼電器JK1完成。如需測量電纜3點和29點之間的電阻值，需要通過網(wǎng)絡(luò)控制繼電器陣列A的繼電器JKA3及繼電器陣列B的繼電器JKB29吸合，此時測試電路形成通路。

　　1.2 絕緣導(dǎo)通電阻測試電路 ^[4]

　　采用分壓法對接入的電阻進(jìn)行測試，通過下位機(jī)ARM控制器PA5引腳采集回路上的電壓值，通過采集到的電壓值可計算得到接入的電阻值。絕緣導(dǎo)通電阻測試電路如圖2所示。

　　由于使用的ARM控制器能采集到電壓模擬量最大值為3.3 V，同時保證在絕緣電阻測試測量大于20 MΩ的阻值時具有足夠的分辨率。根據(jù)需求計算，分壓電阻的大小分別為R1=2.8 MΩ，R2=0.2 MΩ，R3=100 Ω，R4=200 Ω。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　基于網(wǎng)絡(luò)的絕緣導(dǎo)通電阻自動測試系統(tǒng)由工控機(jī)，ARM板，物聯(lián)網(wǎng)I/O繼電器陣列，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及電纜轉(zhuǎn)接箱組成，系統(tǒng)整體設(shè)計如圖3所示。

　　該自動測試系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能如下：

　?。?）能自動判斷當(dāng)前插入的電纜數(shù)量。當(dāng)沒有插入電纜或插入電纜的個數(shù)多于1個時，上位機(jī)程序發(fā)出警示信息，只有當(dāng)插入電纜的個數(shù)為1，才允許測試；

　?。?）能自動判斷出當(dāng)插入電纜的節(jié)點個數(shù)；

　?。?）在上位機(jī)上根據(jù)“導(dǎo)通測試”和“絕緣測試”選項自動接通導(dǎo)通測試回路或絕緣測試回路；

　?。?）具備“循環(huán)測試”和“點對點測試”功能。當(dāng)進(jìn)行循環(huán)測試時，依次測出各節(jié)點之間的電阻值，并判斷測試結(jié)果；當(dāng)進(jìn)行點對點測試時，根據(jù)輸入的兩個節(jié)點，自動測出輸入節(jié)點之間的電阻值并判斷測試結(jié)果。

　　根據(jù)以上功能要求，系統(tǒng)各設(shè)備的功能如下：

　　2.1 工控機(jī)

　　工控機(jī)為研華工控機(jī)610L，安裝有上位機(jī)測試程序，測試程序通過網(wǎng)絡(luò)接收ARM板的開關(guān)量和模擬量信號，并根據(jù)測試任務(wù)發(fā)出繼電器陣列的控制信號，控制繼電器的接通和關(guān)閉。

　　2.2 電纜轉(zhuǎn)接箱

　　電纜轉(zhuǎn)接箱用于待測試電纜接入。按照需求，設(shè)計了32種不同類型的插座，可對32種接口的電纜進(jìn)行絕緣導(dǎo)通電阻測試，在每個插座旁邊安裝有1個按鍵，當(dāng)插入某個電纜后，需要操作人員手動按下對應(yīng)的按鍵，該按鍵可產(chǎn)生開關(guān)量，通過ARM板采集后送給上位機(jī)，在上位機(jī)上可對插入的電纜數(shù)量，類型和電纜節(jié)點數(shù)量進(jìn)行判斷。電纜轉(zhuǎn)接箱外形如圖4所示。

　　2.3 ARM控制器

　　ARM控制器使用正點原子公司的STM32F407系列開發(fā)板 ^[5,6] ，板載有一個以太網(wǎng)（RJ45）接口。ARM控制器完成的功能為：

　?。?）采集外部電纜接頭插入的狀態(tài)。當(dāng)電纜接頭插入時，通過ARM板GPIO端口發(fā)出“0”，否則發(fā)出“1”。根據(jù)設(shè)計需要，選用ARM共32個GPIO端口采集開關(guān)量，GPIO端口工作方式為上拉電阻輸入，共可對32種不同型號的電纜接插件進(jìn)行絕緣導(dǎo)通電阻測試。

　?。?）采集測試回路的電壓值，該電壓模擬量通過端口PA5采集，每次采集時，共采集5次，取其平均值以保證精度。

　?。?）將采集到的開關(guān)量和電壓模擬量以預(yù)定的數(shù)據(jù)幀格式通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到上位機(jī)。

　　2.4 物聯(lián)I/O繼電器控制板

　　物聯(lián)網(wǎng)I/O繼電器板使用深圳智嵌物聯(lián)有限公司生產(chǎn)的繼電器控制板，型號為ZQWL-IO-1BNRC32-I。該控制板為 32 路繼電器輸出的工業(yè)級 IO 控制板。具有1路以太網(wǎng)口和1路 RS485 通訊接口，可以通過 ModbusTCP/RTU 或自定義協(xié)議實現(xiàn)對該控制板的控制。

　　在本系統(tǒng)中，為滿足電纜接點的測試需求，共使用了8塊繼電器板，組成兩個繼電器陣列，每個繼電器陣列可接入128個接點，因此最多能滿足128芯的接插件電纜的絕緣導(dǎo)通電阻測試。如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容以滿足更多芯的電纜測試需求，只需相應(yīng)增加繼電器控制板的數(shù)量。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　根據(jù)系統(tǒng)功能需要，在上位機(jī)上設(shè)計了絕緣導(dǎo)通電阻自動測試程序，程序在VC#平臺下開發(fā)，程序界面如圖5所示。

　　操作人員在電纜轉(zhuǎn)接箱上將需要檢測的電纜插入對應(yīng)的插座后，按下對應(yīng)的按鍵，在程序界面按下“新建測試”按鍵，激活輸入信息區(qū)，在輸入相關(guān)的信息后，激活測試項目選擇區(qū)，同時關(guān)閉輸入信息區(qū)。

　　在測試項目選擇區(qū)選擇“導(dǎo)通檢查”或“絕緣檢查”，根據(jù)選擇，發(fā)出控制指令，切換導(dǎo)通測試電路和絕緣檢查電路，同時激活測試方式選擇區(qū)。

　　根據(jù)需要選擇“循環(huán)測試”或“點對點測試”，激活對應(yīng)的測試結(jié)果顯示區(qū)和功能按鍵。

　　如激活循環(huán)測試，點擊“開始循環(huán)測試”按鍵，此時按照插入電纜的接點個數(shù)，依次測出所有接點之間阻值，并在結(jié)果顯示區(qū)顯示測試結(jié)果。如激活點對點測試，則需在文本框內(nèi)輸入要測量的兩個接點的編號，點擊“開始點對點測試”，此時自動測量出兩個接點之間的阻值，并在結(jié)果顯示區(qū)顯示測試結(jié)果。

　　如果沒有插入電纜或插入電纜個數(shù)多于1個，系統(tǒng)給出錯誤提示；在點對點測試時，如果沒有輸入接點編號，輸入的兩個編號相同，或者輸入的編號超過插入的電纜接點的總數(shù)，系統(tǒng)給出相應(yīng)的錯誤提示。

　　當(dāng)某根電纜測試完畢后，可點擊“保存結(jié)果”按鍵將本次測試結(jié)果保存在本地磁盤，或點擊“打印結(jié)果”按鍵將測試結(jié)果通過打印機(jī)打印。

　　如需更換測試電纜，必須點擊“新建測試”激活下次測試。

　　4 結(jié)論

　　本測試系統(tǒng)能夠完成不同類型電纜的絕緣導(dǎo)通電阻自動測試任務(wù)，縮短測試時間。在硬件設(shè)計上使用網(wǎng)絡(luò)對繼電器進(jìn)行控制，與傳統(tǒng)DO板卡的控制相比，簡化了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，節(jié)約了經(jīng)費，并且在系統(tǒng)擴(kuò)容上更加方便。在軟件設(shè)計上，充分考慮了測試流程和要求及各種可能出現(xiàn)的錯誤，降低對操作人員要求。實驗表明，該套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，控制可靠，結(jié)果準(zhǔn)確，兼容性強(qiáng)，易于擴(kuò)容等優(yōu)點。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 劉海光，李偉，張永．多路絕緣、導(dǎo)通檢測儀的研制[J]．水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù)，2011，19（4）：56~59.

　　[2] 王玉龍．基于CPCI 總線的電纜網(wǎng)自動測試系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]．北華航天工業(yè)學(xué)院，2018.

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　　[4] 齊利芳，劉虎，賀占莊．智能化絕緣/導(dǎo)通電阻測試系統(tǒng)的研制[J]．微機(jī)發(fā)展 2005，15（11）：82~84.

　　[5] 張洋，劉軍，嚴(yán)漢宇. 等．精通STM32F4庫函數(shù)版[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2015.

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第35頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處