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运用LabVIEW和PCI-6025E 开发变压器通用试验系统
作者：阙隽瑜 陆锦明
职务：试验工程师
公司：顺德特种变压器厂
应用领域：产品测试
使用产品： LabVIEW 6i 、
PCI-6025E 、 Application
Builder 、Database Connectivity
工具包
挑战：准确测量三相电流三相电压
信号，判断各种异常情况并实现正
确操作，通过与仪器通信和数据库
调用构建经济灵活的多功能自动化
测试系统。
应用方案：用NI公司的LabVIEW 6i
结合PCI6025E 开发的基于PC 变压
器自动测试系统，可集成原有设备
仪器，实现自动调压，故障分析，
试验参数及试验结果的自动存取等
功能，完成多项产品试验，交互性
良好，维护简易。
介绍：变压器试验原理统一采用
IEC 标准，各变压器制造厂商的试
验部门在仪器设备及试验方法上都
具有共性。本系统可在较少经济投
入下实现手动系统到自动系统的升
级，并能进一步实现一机多仪的虚
拟仪器概念，相信其将在变压器制
造业拥有广阔的应用前景。本系统
已于本单位试运行半年，胜任各项
产品的例行试验，并因其高度智能
化受到试验人员的好评。
系统概述
变压器自动测试系统主要采用
National Instruments (简称NI)
的数据采集卡和虚拟仪器软件搭建
系统主体，由于数采卡自带驱动程
序，省却编程人员在创建应用软件
和采集卡间的接口程序所耗时间，
软件本身的可在计算机程序的控制
下完成变压器常规试验全过程的实
验系统，可实现合闸、调压、读数、
数据处理、打印报告的一次完成，
提高试验的准确性及快速性，减少
试验人员的机械重复劳动。系统结
构图如下：
信号测量
系统测量的信号是变压器试验
中高低压侧的三相电压/电流值，及
时计算不平衡率和相关参数作为出
错判断的依据，在电压/电流到达设
定值时，锁定调压器，并测量此时
的电压/电流值用以计算试验数据。
此模块的硬件部分有PCI-6025E 和
自制接口电路板组成，由于大多数
变压器厂家的测试线路中，电流电
压信号在0～600A 和0～1000V 之
间，显然与DAQ 卡的0～5A 和0～
10V 的测量范围不符，因此采用0.1
级的电流电压变送器将普通测试线
路的信号传送到DAQ 卡上进行测
量。
PCI-6025E 是National
Instruments 公司的一块多功能、
低价位的数据采集卡，12 位精度，
16 路单端/8 路差分模拟量输入, 2
路模拟量输出，8 位数字量I/O，
200K 采样率，使用PCI 接口，可直
接应用于普通PC的PCI 插槽上。利
用NI 的软件Measurement &
Automation Explore 快速启动，安
装驱动程序，设置工作模式（差分
还是单端），重新启动便可使用。此
卡不需跳线、电位器和地址转换器，
是一种安装使用方便、即插即用的
板卡。在这个应用中，我们选择6025
作我们的采集卡，主要是因为它使
用方便，更为重要的是和LabVIEW
有良好的接口，无需花时间编写板
卡和软件间的驱动程序，节省了工
计算机
打印机
PCI－6025E
三路电流量 三路电压量
信号接口板
功率分析仪
中间继电器
三路电流及
三路电压量
调压器或发电机
图1 系统结构图
程人员的大量精力。我们要测3 路
电流量和3 路电压量，共需使用6
个通道，因此我们采用差分输入模
式。正常情况下，电网提供三相交
流电为正弦波，常用测量仪表读取
有效值用于计算，我们在每个周期
每相电压采样600 点瞬时值，因此
DAQ 卡测得数据先经有效值计算，
再传递到面板及计算子程序。
试验控制
本系统需根据试验指令依次
执行调压器原，副边合闸，调压器
升压降压，调压器分闸等功能，根
据试验种类和参数调整执行次序和
调压速度，在到达设定电压（电流）
值时，保持电压不变并等候功率分
析仪采集数据，时刻对比检测电压
电流与标准值，一旦发现错误马上
切断电源，给出出错信息。控制对
象为若干继电器和调压器。
合闸与分闸的动作由
PCI-6025E 输出数字信号控制，调
压器由PCI-6025E 输出的模拟量控
制。由于PCI-6025E 和控制对象存
在功率不匹配的问题，因此两种信
号都需经小功率元件控制大功率的
控制对象。我们采用的方案是用两
级继电器将数字信号传递到大功率
的继电器上，过渡的继电器与模拟
信号输入变送器集成在同一块接口
电路板上，并用隔离芯片防止电信
号反串入DAQ 卡中；模拟信号则通
过控制变频器达到控制调压器的目
的，变频器的控制方式有数字控制
和模拟量控制两种，为实现调压器
电机的无级调速，我们通过输出模
拟量控制变频器的输出，用变频调
速控制调压器的升压速度，满足各
种试验电压等级的升压要求，实现
电压的全闭环精确调节控制。
变压器试验基本包括空负载
试验，耐压实验，针对不同产品如
铁心电抗器，消弧线圈等还包括零
序阻抗测量等，由于各项试验都包
含基本的测量和控制步骤，因此我
们采用按产品组建系统，分级调用
子程序的结构，同一产品的所有试
验集成在同一程序中，通过程序数
据接口和全局变量在程序间传递数
据。对于全局变量的应用，由于全
局变量没有即时刷新功能，因此经
常出现某事件的几个输入值不同步
的情况。我们在每个需即时刷新的
全局和本地变量的外围建立一个只
有一个FRAM 的SEQUENCE 结构，在
事件发生的同时激活变量，可保证
变量采得最新数据。由于全局变量
在主程序运行期间始终占用内存，
而本地变量只在子程序调用期间存
在，子程序关闭后自动释放空间，
因此为节省内存空间，在每个需调
用全局变量的子程序中将全局变量
的值赋给一个INDICATOR 的本地变
量，然后用WHILE 循环刷新，可用
程序停止标志做停止循环的判断。
由于试验系统控制对象为高
压大电流系统，因此防误操作在系
统设计中占据很大的比重。我们将
接口电路板电流超差，三相电压/
电流不平衡判断置于数据采集子程
序中，将零序阻抗超差，阻抗电压
超差，空载电流过大分别置于零序
阻抗试验，负载试验和空载试验中。
如果按以往程序流程设计，程序每
执行一个循环只判断一次出错信
息，显然不能满足要求，因此错误
判断独立于正常操作流程以外，可
以高速刷新数据和计算以远小于正
常操作周期的时间进行判断，这正
是LabVIEW 数据流编程允许多线程
事件的显著优势。由于正常操作流
程由各种结构组成，因此设定一个
出错信息的CONTRAL，在出错判断
程序中被赋值，作为CASE 进入正常
操作和退出WHILE 的条件，可将程
序事件尽快进行到降压步骤。操作
面板上的紧急停止按纽应置于醒目
位置，并在程序启动DAQ 卡输出后
置于FOUCAS ON 的状态，以满足操
作人员在任何时候停止调压器输出
的要求，按纽的状态同样被赋予出
错CONTRAL，在其他出错判断的循
环结构中不断检测。每种出错的原
因都会在被判断确定的同时，用单
按纽对话框显示，并不影响程序自
动执行分闸和调压器复位的操作。
现有系统在经过试运行阶段
后，将用Application Builder 将
其生成执行文件，保护后台程序的
运行。
图2 操作面板
图3 报告生成器界面
仪器通信
考虑到大部分厂家原都配有０.
１级功率分析仪，为给用户提供一
个参考值及充分利用
原有设备，我们运用
LabVIEW 提供的VISA
操作模块，创建针对
功率分析仪的仪器驱
动程序，将仪器采得
的数据传到系统，并
显示在面板上或进行
计算。VISA 是用于对
仪器编程的标准I/O
应用程序接口，是目
前开发仪器驱动程序
的工业标准，用同一
个API 可控制一系列
不同仪器，包括使用
了VXI,GPIB和串口的
仪器，由于它面向对
象编程，可针对不同厂家的不同仪
器不同接口作出修改，将程序移植
到新接口上。我们的仪器驱动程序
包括初始化仪器，写入锁定数据命
令，读出测量值，关闭通信等功能。
由于LabVIEW 提供创建此种API 的
大量范例程序，我们可从中学习创
建简单VISA 程序的方法，并实现我
们的要求。系统PC 与仪器的连接采
用串口通信的方式，可根据仪器操
作手册进一步实现功率分析仪的其
它功能。
数据处理
本系统涉及变量众多，为方便
对所有变量的调用和初始化，我们
在程序框图的起始位置放置所有
CONTRAL 和INDICATOR，所有本地调
用均通过创建本地变量进行，牺牲
部分内存以换取数据的高效，减少
同功能变量的重复设置，保证初始
化的全面性。
本系统的测量数据处理，除操
作必须的依据和出错判断外，都在
操作结束后调用数据处理子程序进
行。用弹出子程序面板的方式显示
最终采集的数据及初步计算结果，
可进行将损耗和阻抗折算到额定
条件或直接退出数据处理，可与设
计值比较，给出超差提示。由于功
率计算公式及温度折算公式比较复
杂，我们普遍采用FORMULA NODE 进
行计算。
数据库调用
由于产品的规范化设计已使
产品形成系列，而产品的多样化则
令产品参数繁多，因此我们创建了
产品参数的数据库存放相关参数。
而随着产量的增大，建立实验数据
库存放试验数据是试验结果保存和
追溯的必然趋势。而本系统则充分
利用LabVIEW的DATABASE套件提供
的数据库调用模块实现以上两个数
据库的自动存取功能。
用户启动本系统，首先选择试
验类型，然后输入产品代号和出厂
号，此时程序首次通过ODBC 调用产
品参数数据库，查找对应产品代号
的标准技术数据，并将本次试验所
需数据传回主程序并显示在面板
上，如果数据库中没有对应产品代
号的记录，则提示需手工输入数据，
试验人员将按照技术条件在面板输
入数据，完成后，程序将在产品数
据库中新增一条记录以存放新产品
代号的技术参数。试验结束后，三
相电流／电压及计算处理后的数据
都将存入试验数据库，程序将在数
据库中以出厂号为关键字建立新记
录。
我们用VB 编写了一个报告生
成程序，可输入产品类型，代号和
出厂号后调用两个数据库文件，运
用VBA 技术完成试验报告及记录的
自动编制。程序可独立操作，方便
试验人员在完成所有产品试验后，
批量编写试验报告。
总结
本系统是将LabVIEW 应用在变压器
试验部门的成功尝试，我们在开发
的过程中节省下了设计制作电路板
实现D/A 转换及数字信号输出等功
能的时间和精力，维护简便，而
LabVIEW 提供的基本功能模块使我
们将精力主要集中在系统功能的开
发，而不是基本程序的编写上，NI
经验丰富的技术支持工程师也给予
我们强有力的帮助，尤其NI 提供的
大量应用实例为我们提供了最佳的
学习范本和开发思路，从而使我们
在短短两个月内完成本套系统的设
计成为现实。由于本系统由本单位
自主开发，成本仅为购买相同系统
价格的25％，而且是国内首次将
LabVIEW 应用在变压器试验部门的
成功尝试，可实现低成本完成手动
系统到自动系统的升级，极具推广
价值。由于其具有数字信号分析方
面的强大工具，在原有系统扩展电
流谐波分析，功率测量等功能将轻
松实现，而其提供的网络功能也将
完成本单位各试验站数据互访和共
享的设想。
1楼
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作者：阙隽瑜 陆锦明
职务：试验工程师
公司：顺德特种变压器厂
应用领域：产品测试
使用产品： LabVIEW 6i 、
PCI-6025E 、 Application
Builder 、Database Connectivity
工具包
挑战：准确测量三相电流三相电压
信号，判断各种异常情况并实现正
确操作，通过与仪器通信和数据库
调用构建经济灵活的多功能自动化
测试系统。
应用方案：用NI公司的LabVIEW 6i
结合PCI6025E 开发的基于PC 变压
器自动测试系统，可集成原有设备
仪器，实现自动调压，故障分析，
试验参数及试验结果的自动存取等
功能，完成多项产品试验，交互性
良好，维护简易。
介绍：变压器试验原理统一采用
IEC 标准，各变压器制造厂商的试
验部门在仪器设备及试验方法上都
具有共性。本系统可在较少经济投
入下实现手动系统到自动系统的升
级，并能进一步实现一机多仪的虚
拟仪器概念，相信其将在变压器制
造业拥有广阔的应用前景。本系统
已于本单位试运行半年，胜任各项
产品的例行试验，并因其高度智能
化受到试验人员的好评。
系统概述
变压器自动测试系统主要采用
National Instruments (简称NI)
的数据采集卡和虚拟仪器软件搭建
系统主体，由于数采卡自带驱动程
序，省却编程人员在创建应用软件
和采集卡间的接口程序所耗时间，
软件本身的可在计算机程序的控制
下完成变压器常规试验全过程的实
验系统，可实现合闸、调压、读数、
数据处理、打印报告的一次完成，
提高试验的准确性及快速性，减少
试验人员的机械重复劳动。系统结
构图如下：
信号测量
系统测量的信号是变压器试验
中高低压侧的三相电压/电流值，及
时计算不平衡率和相关参数作为出
错判断的依据，在电压/电流到达设
定值时，锁定调压器，并测量此时
的电压/电流值用以计算试验数据。
此模块的硬件部分有PCI-6025E 和
自制接口电路板组成，由于大多数
变压器厂家的测试线路中，电流电
压信号在0～600A 和0～1000V 之
间，显然与DAQ 卡的0～5A 和0～
10V 的测量范围不符，因此采用0.1
级的电流电压变送器将普通测试线
路的信号传送到DAQ 卡上进行测
量。
PCI-6025E 是National
Instruments 公司的一块多功能、
低价位的数据采集卡，12 位精度，
16 路单端/8 路差分模拟量输入, 2
路模拟量输出，8 位数字量I/O，
200K 采样率，使用PCI 接口，可直
接应用于普通PC的PCI 插槽上。利
用NI 的软件Measurement &
Automation Explore 快速启动，安
装驱动程序，设置工作模式（差分
还是单端），重新启动便可使用。此
卡不需跳线、电位器和地址转换器，
是一种安装使用方便、即插即用的
板卡。在这个应用中，我们选择6025
作我们的采集卡，主要是因为它使
用方便，更为重要的是和LabVIEW
有良好的接口，无需花时间编写板
卡和软件间的驱动程序，节省了工
计算机
打印机
PCI－6025E
三路电流量 三路电压量
信号接口板
功率分析仪
中间继电器
三路电流及
三路电压量
调压器或发电机
图1 系统结构图
程人员的大量精力。我们要测3 路
电流量和3 路电压量，共需使用6
个通道，因此我们采用差分输入模
式。正常情况下，电网提供三相交
流电为正弦波，常用测量仪表读取
有效值用于计算，我们在每个周期
每相电压采样600 点瞬时值，因此
DAQ 卡测得数据先经有效值计算，
再传递到面板及计算子程序。
试验控制
本系统需根据试验指令依次
执行调压器原，副边合闸，调压器
升压降压，调压器分闸等功能，根
据试验种类和参数调整执行次序和
调压速度，在到达设定电压（电流）
值时，保持电压不变并等候功率分
析仪采集数据，时刻对比检测电压
电流与标准值，一旦发现错误马上
切断电源，给出出错信息。控制对
象为若干继电器和调压器。
合闸与分闸的动作由
PCI-6025E 输出数字信号控制，调
压器由PCI-6025E 输出的模拟量控
制。由于PCI-6025E 和控制对象存
在功率不匹配的问题，因此两种信
号都需经小功率元件控制大功率的
控制对象。我们采用的方案是用两
级继电器将数字信号传递到大功率
的继电器上，过渡的继电器与模拟
信号输入变送器集成在同一块接口
电路板上，并用隔离芯片防止电信
号反串入DAQ 卡中；模拟信号则通
过控制变频器达到控制调压器的目
的，变频器的控制方式有数字控制
和模拟量控制两种，为实现调压器
电机的无级调速，我们通过输出模
拟量控制变频器的输出，用变频调
速控制调压器的升压速度，满足各
种试验电压等级的升压要求，实现
电压的全闭环精确调节控制。
变压器试验基本包括空负载
试验，耐压实验，针对不同产品如
铁心电抗器，消弧线圈等还包括零
序阻抗测量等，由于各项试验都包
含基本的测量和控制步骤，因此我
们采用按产品组建系统，分级调用
子程序的结构，同一产品的所有试
验集成在同一程序中，通过程序数
据接口和全局变量在程序间传递数
据。对于全局变量的应用，由于全
局变量没有即时刷新功能，因此经
常出现某事件的几个输入值不同步
的情况。我们在每个需即时刷新的
全局和本地变量的外围建立一个只
有一个FRAM 的SEQUENCE 结构，在
事件发生的同时激活变量，可保证
变量采得最新数据。由于全局变量
在主程序运行期间始终占用内存，
而本地变量只在子程序调用期间存
在，子程序关闭后自动释放空间，
因此为节省内存空间，在每个需调
用全局变量的子程序中将全局变量
的值赋给一个INDICATOR 的本地变
量，然后用WHILE 循环刷新，可用
程序停止标志做停止循环的判断。
由于试验系统控制对象为高
压大电流系统，因此防误操作在系
统设计中占据很大的比重。我们将
接口电路板电流超差，三相电压/
电流不平衡判断置于数据采集子程
序中，将零序阻抗超差，阻抗电压
超差，空载电流过大分别置于零序
阻抗试验，负载试验和空载试验中。
如果按以往程序流程设计，程序每
执行一个循环只判断一次出错信
息，显然不能满足要求，因此错误
判断独立于正常操作流程以外，可
以高速刷新数据和计算以远小于正
常操作周期的时间进行判断，这正
是LabVIEW 数据流编程允许多线程
事件的显著优势。由于正常操作流
程由各种结构组成，因此设定一个
出错信息的CONTRAL，在出错判断
程序中被赋值，作为CASE 进入正常
操作和退出WHILE 的条件，可将程
序事件尽快进行到降压步骤。操作
面板上的紧急停止按纽应置于醒目
位置，并在程序启动DAQ 卡输出后
置于FOUCAS ON 的状态，以满足操
作人员在任何时候停止调压器输出
的要求，按纽的状态同样被赋予出
错CONTRAL，在其他出错判断的循
环结构中不断检测。每种出错的原
因都会在被判断确定的同时，用单
按纽对话框显示，并不影响程序自
动执行分闸和调压器复位的操作。
现有系统在经过试运行阶段
后，将用Application Builder 将
其生成执行文件，保护后台程序的
运行。
图2 操作面板
图3 报告生成器界面
仪器通信
考虑到大部分厂家原都配有０.
１级功率分析仪，为给用户提供一
个参考值及充分利用
原有设备，我们运用
LabVIEW 提供的VISA
操作模块，创建针对
功率分析仪的仪器驱
动程序，将仪器采得
的数据传到系统，并
显示在面板上或进行
计算。VISA 是用于对
仪器编程的标准I/O
应用程序接口，是目
前开发仪器驱动程序
的工业标准，用同一
个API 可控制一系列
不同仪器，包括使用
了VXI,GPIB和串口的
仪器，由于它面向对
象编程，可针对不同厂家的不同仪
器不同接口作出修改，将程序移植
到新接口上。我们的仪器驱动程序
包括初始化仪器，写入锁定数据命
令，读出测量值，关闭通信等功能。
由于LabVIEW 提供创建此种API 的
大量范例程序，我们可从中学习创
建简单VISA 程序的方法，并实现我
们的要求。系统PC 与仪器的连接采
用串口通信的方式，可根据仪器操
作手册进一步实现功率分析仪的其
它功能。
数据处理
本系统涉及变量众多，为方便
对所有变量的调用和初始化，我们
在程序框图的起始位置放置所有
CONTRAL 和INDICATOR，所有本地调
用均通过创建本地变量进行，牺牲
部分内存以换取数据的高效，减少
同功能变量的重复设置，保证初始
化的全面性。
本系统的测量数据处理，除操
作必须的依据和出错判断外，都在
操作结束后调用数据处理子程序进
行。用弹出子程序面板的方式显示
最终采集的数据及初步计算结果，
可进行将损耗和阻抗折算到额定
条件或直接退出数据处理，可与设
计值比较，给出超差提示。由于功
率计算公式及温度折算公式比较复
杂，我们普遍采用FORMULA NODE 进
行计算。
数据库调用
由于产品的规范化设计已使
产品形成系列，而产品的多样化则
令产品参数繁多，因此我们创建了
产品参数的数据库存放相关参数。
而随着产量的增大，建立实验数据
库存放试验数据是试验结果保存和
追溯的必然趋势。而本系统则充分
利用LabVIEW的DATABASE套件提供
的数据库调用模块实现以上两个数
据库的自动存取功能。
用户启动本系统，首先选择试
验类型，然后输入产品代号和出厂
号，此时程序首次通过ODBC 调用产
品参数数据库，查找对应产品代号
的标准技术数据，并将本次试验所
需数据传回主程序并显示在面板
上，如果数据库中没有对应产品代
号的记录，则提示需手工输入数据，
试验人员将按照技术条件在面板输
入数据，完成后，程序将在产品数
据库中新增一条记录以存放新产品
代号的技术参数。试验结束后，三
相电流／电压及计算处理后的数据
都将存入试验数据库，程序将在数
据库中以出厂号为关键字建立新记
录。
我们用VB 编写了一个报告生
成程序，可输入产品类型，代号和
出厂号后调用两个数据库文件，运
用VBA 技术完成试验报告及记录的
自动编制。程序可独立操作，方便
试验人员在完成所有产品试验后，
批量编写试验报告。
总结
本系统是将LabVIEW 应用在变压器
试验部门的成功尝试，我们在开发
的过程中节省下了设计制作电路板
实现D/A 转换及数字信号输出等功
能的时间和精力，维护简便，而
LabVIEW 提供的基本功能模块使我
们将精力主要集中在系统功能的开
发，而不是基本程序的编写上，NI
经验丰富的技术支持工程师也给予
我们强有力的帮助，尤其NI 提供的
大量应用实例为我们提供了最佳的
学习范本和开发思路，从而使我们
在短短两个月内完成本套系统的设
计成为现实。由于本系统由本单位
自主开发，成本仅为购买相同系统
价格的25％，而且是国内首次将
LabVIEW 应用在变压器试验部门的
成功尝试，可实现低成本完成手动
系统到自动系统的升级，极具推广
价值。由于其具有数字信号分析方
面的强大工具，在原有系统扩展电
流谐波分析，功率测量等功能将轻
松实现，而其提供的网络功能也将
完成本单位各试验站数据互访和共
享的设想。