基于網絡的絕緣導通電阻自動測試系統

　　宋仔標，崔洪亮，高倩，劉寧

　?。ɑ鸺娛抗賹W校，山東 青州，262500）

　　摘要：在導彈測試之前，需要對使用的電纜進行絕緣導通測試，目前人工手動操作耗時長，各型號的自動測試設備結構復雜，且不具備通用性?；诖?，設計了基于網絡的絕緣導通電阻自動測試系統。該系統由上位機、下位機和繼電器陣列組成，各設備之間均通過網絡進行通信控制，在VC#平臺下完成了軟件系統的開發。實驗表明，該套系統具有結構簡單，控制方便，結果準確，兼容性強，易于擴容等優點。

　　關鍵詞：絕緣電阻測試；導通電阻測試；網絡通信；自動測試系統

　　基金項目：軍內科研預研基金資助項目（編號不公開）

　　0 引言

　　在導彈測試之前，需要對使用的電纜進行絕緣導通測試 ^[1] ，目前人工手動操作耗時長，各型號的自動測試設備結構復雜，通常需要各種總線的DO模塊對繼電器進行控制，如PCI，CPCI ^[2] ，PXI ^[3] 總線等?；诖?，設計了一套基于網絡的絕緣導通電阻自動測試系統。該系統由上位機、下位機和繼電器陣列組成，各設備之間均通過網絡進行通信，可直接通過上位機對繼電器控制。

　　上位機發送控制指令控制絕緣導通測試電路的切換及繼電器的通斷，并對采集的信號進行處理、顯示、保存及打??；下位機采集狀態開關量和電壓信號并送給上位機處理；繼電器陣列通過網絡接收控制指令，根據控制指令完成相應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#平臺下開發了軟件系統，整套系統在該軟件控制下運行。實驗表明，該套系統具有結構簡單，控制方便，結果準確，兼容性強，易于擴容等優點。

　　1 絕緣導通電阻自動測試電路設計

　　1.1 自動測試電路設計

　　在絕緣導通電阻自動測試時，需要自動將電纜插頭的某兩個點接入測試回路。根據需要，設計了絕緣導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通電阻測試電路組成，絕緣測試電路和導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，需要通過網絡控制繼電器陣列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 絕緣導通電阻測試電路 ^[4]

　　采用分壓法對接入的電阻進行測試，通過下位機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 系統硬件設計

　　基于網絡的絕緣導通電阻自動測試系統由工控機，ARM板，物聯網I/O繼電器陣列，網絡交換機及電纜轉接箱組成，系統整體設計如圖3所示。

　　該自動測試系統需要實現的功能如下：

　?。?）能自動判斷當前插入的電纜數量。當沒有插入電纜或插入電纜的個數多于1個時，上位機程序發出警示信息，只有當插入電纜的個數為1，才允許測試；

　?。?）能自動判斷出當插入電纜的節點個數；

　?。?）在上位機上根據“導通測試”和“絕緣測試”選項自動接通導通測試回路或絕緣測試回路；

　?。?）具備“循環測試”和“點對點測試”功能。當進行循環測試時，依次測出各節點之間的電阻值，并判斷測試結果；當進行點對點測試時，根據輸入的兩個節點，自動測出輸入節點之間的電阻值并判斷測試結果。

　　根據以上功能要求，系統各設備的功能如下：

　　2.1 工控機

　　工控機為研華工控機610L，安裝有上位機測試程序，測試程序通過網絡接收ARM板的開關量和模擬量信號，并根據測試任務發出繼電器陣列的控制信號，控制繼電器的接通和關閉。

　　2.2 電纜轉接箱

　　電纜轉接箱用于待測試電纜接入。按照需求，設計了32種不同類型的插座，可對32種接口的電纜進行絕緣導通電阻測試，在每個插座旁邊安裝有1個按鍵，當插入某個電纜后，需要操作人員手動按下對應的按鍵，該按鍵可產生開關量，通過ARM板采集后送給上位機，在上位機上可對插入的電纜數量，類型和電纜節點數量進行判斷。電纜轉接箱外形如圖4所示。

　　2.3 ARM控制器

　　ARM控制器使用正點原子公司的STM32F407系列開發板 ^[5,6] ，板載有一個以太網（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。當電纜接頭插入時，通過ARM板GPIO端口發出“0”，否則發出“1”。根據設計需要，選用ARM共32個GPIO端口采集開關量，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行絕緣導通電阻測試。

　?。?）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。

　?。?）將采集到的開關量和電壓模擬量以預定的數據幀格式通過網絡接口發送到上位機。

　　2.4 物聯I/O繼電器控制板

　　物聯網I/O繼電器板使用深圳智嵌物聯有限公司生產的繼電器控制板，型號為ZQWL-IO-1BNRC32-I。該控制板為 32 路繼電器輸出的工業級 IO 控制板。具有1路以太網口和1路 RS485 通訊接口，可以通過 ModbusTCP/RTU 或自定義協議實現對該控制板的控制。

　　在本系統中，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通電阻測試。如果需要對系統進行擴容以滿足更多芯的電纜測試需求，只需相應增加繼電器控制板的數量。

　　3 系統軟件設計

　　根據系統功能需要，在上位機上設計了絕緣導通電阻自動測試程序，程序在VC#平臺下開發，程序界面如圖5所示。

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

　　在測試項目選擇區選擇“導通檢查”或“絕緣檢查”，根據選擇，發出控制指令，切換導通測試電路和絕緣檢查電路，同時激活測試方式選擇區。

　　根據需要選擇“循環測試”或“點對點測試”，激活對應的測試結果顯示區和功能按鍵。

　　如激活循環測試，點擊“開始循環測試”按鍵，此時按照插入電纜的接點個數，依次測出所有接點之間阻值，并在結果顯示區顯示測試結果。如激活點對點測試，則需在文本框內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，并在結果顯示區顯示測試結果。

　　如果沒有插入電纜或插入電纜個數多于1個，系統給出錯誤提示；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，系統給出相應的錯誤提示。

　　當某根電纜測試完畢后，可點擊“保存結果”按鍵將本次測試結果保存在本地磁盤，或點擊“打印結果”按鍵將測試結果通過打印機打印。

　　如需更換測試電纜，必須點擊“新建測試”激活下次測試。

　　4 結論

　　本測試系統能夠完成不同類型電纜的絕緣導通電阻自動測試任務，縮短測試時間。在硬件設計上使用網絡對繼電器進行控制，與傳統DO板卡的控制相比，簡化了硬件系統的設計，節約了經費，并且在系統擴容上更加方便。在軟件設計上，充分考慮了測試流程和要求及各種可能出現的錯誤，降低對操作人員要求。實驗表明，該套系統具有結構簡單，控制可靠，結果準確，兼容性強，易于擴容等優點。

　　參考文獻

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

　　[2] 王玉龍．基于CPCI 總線的電纜網自動測試系統的設計與研究[D]．北華航天工業學院，2018.

　　[3] 李麗雙．基于PXI總線平臺的繼電器控制盒綜合測試系統設計[D]．哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014.

　　[4] 齊利芳，劉虎，賀占莊．智能化絕緣/導通電阻測試系統的研制[J]．微機發展 2005，15（11）：82~84.

　　[5] 張洋，劉軍，嚴漢宇. 等．精通STM32F4庫函數版[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2015.

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