基于虚拟仪器的智能电表辐射抗扰度自动测试系统设计

功能4“点频检测”中具有“频率敏感点”测试和“手动测试”，“频率敏感点”的提取规则设置为：超过误差上下限的所有点以及在功能3“扫频检测”中测得的误差上下限范围以内但偏离初始误差最大的8个点。点击红色“提取”按钮，自动提取“扫频检测”中的频率敏感点。如无超出误差上下限的数据，跳出“无不合格点！”对话框，仅提取在误差上下限范围以内但偏离初始误差最大的8个点。点击敏感点列表右侧“选中”键，提取选中频率点到右侧“当前频率值”，点击下方“进行测试”，进行该频率点上的点频检测。如误差超差的，可点击“记录”，否则“忽略”。在“点频检测”界面，还可以进行频率范围内任意频率的“手动测试”，在“手动测试”栏中“测试频率值”输入频率值，点击下方“进行测试”，可得到该频率下的电能表误差值。

图9 功能4“点频检测”界面

功能5“报告出具”功能，在对话框中输入“样品名称”、“型号规格”、“生产单位”、“委托单位”、样品编号及日期、温湿度信息，在一个型号三块样表分别测试并点击“数据写入”后，点击“确认生成报告”，利用Active X控制Microsoft Office VBA自动填写我院受控编号为“QRD TI034-2009”的电能表电磁兼容测试报告。[page]

图10 功能5“报告出具”界面

三、           技术难点

3.1 设备控制

按控制总线接口分类，系统内有2类仪器设备需要控制，第一类包括射频信号发生器、功率放大器，这类设备具有GPIB接口，采用NI USB-GPIB-HS控制器进行连接至主控计算机，计算机不需要打开机箱安装板卡，只需具有一组USB接口；另外一类仪器是电能表检验装置，因为只具有RS-232C串行接口，所以采用NI USB-232接口线连接至计算机的另外一组USB接口，此时要关注串口的线序。这两类设备分别可以通过GPIB write、GPIB listen以及MSComm控件进行控制，但在Labview中使用VISA控件更为方便。

VISA是虚拟仪器软件结构体系（Virtual Instrument Software Architecture）的首字母缩写，是VXI Plug & Play系统联盟制定的I/O接口软件标准及相关规范的总称。VISA是一种应用于仪器编程的标准I/O应用程序接口。采用VISA标准，就可以不考虑时间以及仪器I/O选择项，驱动软件可以向下兼容。一方面VISA提供了简单易用的控制函数集，在应用形式上相当简单，另一方面VISA提供了非常强大的仪器控制功能和资源管理，能提供仪器间的互操作性与兼容性。VISA库函数作为底层I/O接口软件驻留在系统管理器（计算机系统）中，是实现计算机系统与仪器之间命令与数据传输的桥梁。

3.1.1 射频信号发生器、功率放大器控制指令

使用VISA来控制射频信号发生器SML03的指令如下：

使用VISA来控制功率放大器的指令如下。

3.1.2 电能表检验装置的控制

电能表检验装置采用南京自动化设备三厂生产的多功能电能表检验装置，型号：NZ2230，这是一台多功能、宽量程、高精度的智能型电能表检验装置，内部本身带有WINDOWS系统，并在该系统上实现对内嵌式电能表标准表的控制，其内部的通信接口为COM2口（串行口2），而内嵌WINDOWS系统本身带有COM1口（串行口1），可以和系统中的主控计算机连接。COM1口在后面板，是一个9针的串行接口（RS232-C）。

由于不能直接和内部的COM2口连接，直接控制标准表，只可以连接对外的COM1口，因此要在该WINDOWS系统上开发一个COM1到COM2口的串口接收发送程序，即主控计算机对COM1口发命令，该命令通过自行开发的串口接收发送程序自动发送到COM2口上去，同时如果COM2口上有数据返回，也被自动送到COM1口上，被主控计算机获取。

对NZ2230电能表检验装置控制的命令如下。

3.2 计量误差与EMS频率自动匹配方法

在射频电磁场辐射抗扰度测试中，解决电能计量误差和EMS频率匹配问题的方法如下：

（1）主控计算机将所需测量的频率点通过通信系统发送给射频信号发生器，同时通知判定环节信号已经变化。信号发生器调整好所需发射的频率点传送至功率放大器，放大后的信号传输至发射天线，使其在空间中对被测电能表进行干扰，该干扰作为电能表的模拟传导电磁干扰噪声；

（2）被测电能表在干扰信号作用下，周期性地产生计量误差；

（3）电能表检验装置在固定的时间点上，将一个周期内的误差数据传送给主控计算机；

（4）在主控计算机通过通信系统通知判定系统射频信号发生器频率已经发生改变的基础上，判定系统将电能表检验装置传送来的第一个数据进行舍弃，并传送接下去的n-1个数据给主控计算机；

（5）主控计算机通过对这n-1个数据进行平均化后，可得出被测电能表在该频点下射频电磁场辐射抗扰度的误差数据；

（6）主控计算机改变所需测量频点并通过通信系统发送给射频信号发生器，重复步骤1~6直至所有频点测量结束。

该过程流程图如图11所示。

图11电能表计量误差与EMS频率自动匹配流程图

四、结论

基于虚拟仪器的智能电能表辐射抗扰度自动检测系统设计将虚拟仪器技术引入电能表电磁兼容测试领域，采用NI不同的仪器接口控制器控制系统内多台仪器设备，在计算机端采用USB口连接设备，不需要打开机箱就可以满足测试系统的控制要求，主控计算机端采用Labview 8.5编写系统软件，实现了“仪器测试”、“扫频检测”、“点频检测”、“报告出具”等功能。

实践证明，基于虚拟仪器的智能电能表辐射抗扰度自动检测系统实现测试过程的全自动化，自动控制试验流程，自动记录电能表精度数据，自动进行粗大误差的筛选和判断，单个测试工程师即可完成整个测试过程，降低了检测的工作量，降低了人工干预，并且减少了测试误差，充分利用了智能仪器的功能，大大提高了工作效率和测量准确性。