时间：2022-05-30 10:21:11
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇功能测试，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
【关键词】PCBA；功能测试；模块化系统；工装板；检测仪器
PCBA中文叫实装电路板，在PCBA的批量生产过程中，由于设备运行状态和操作者的人为因素等，不可能保证生产出来的PCBA全部都是完好品，这就要求在生产的末端加入各种的测试设备和测试工具，以保证出厂的所有实装电路板与设计时的各种规格和参数完全一致，这就产生了ICT、AOI、X-Ray、Boundary-Scan、FCT等各种测试手段。尽管各种新技术层出不穷，但功能测试依然是保证产品到最终应用环境立刻就能工作必不可少的手段。现代电子产品中内置自测应用越来越多，这应该大力提倡，因为它可降低功能测试的成本，但也不能完全消除功能测试。如果应用的场合非常重要（如军事、航空、汽车、交通等领域），或者最终产品的成本及复杂程度非常高，那么更需要保证产品自身以及与其它系统合在一起时工作正常，这时功能测试将是必须的。综合考虑生产成本和检测效率，本文提出了一种模块化的开放性PCBA功能测试平台，使得功能测试平台的搭建非常灵活简便，拥有很强的通用性和开放性，可自由增减测试模块和测试项目。
一、功能测试概述
功能测试（FCT：Functional Circuit Test）指的是对测试目标板（UUT：Unit Under Test）提供模拟的运行环境（激励和负载），使其工作于各种设计状态，从而获取到各个状态的参数来验证UUT的功能好坏的测试方法。简单地说，就是对UUT加载合适的激励，测量输出端响应是否合乎要求。一般专指实装电路板（PCBA）上电后的功能测试，包括：电压、电流、功率、功率因素、频率、占空比、位置测定等功能参数的测量。功能测试涉及模拟、数字、存储器、RF和电源电路，通常要用不同的测试策略。测试包括大量实际重要功能通路及结构验证（确定没有硬件错误），以弥补前面测试过程遗漏的部分。这需要将大量模拟/数字激励不断加到UUT上，同时监测同样多数量的模拟/数字响应，并完全控制其执行过程。功能测试有多种形式，这些形式在成本、时间、效果和维护性方面各有优缺点，主要分为下面四种基本类型：（1）模型测试系统。从理论上说检验一个设备（线路板或模块）功能最简单的方法就是把它放在和真的环境一样的模型系统或子系统中，然后看它工作是否正常。如果正常，我们可以有很大把握认为它是好的，如果不正常，技术人员将进行检测希望找出失效的原因以指导维修。但实际上，这种插入上电方式有很多缺点而且很少有效，虽然它有时可作为其它测试方案的补充。（2）测试台。测试台是一个常规测试环境，包括与被测设备之间的激励/响应接口、专门测试规程规定的测试序列与控制。激励与响应通常由标准电源及实验仪器、专用开关、负载以及终端自定义电子设备（如数字激励）提供。在这里夹具是非常重要的一个部分，可提供到被测设备正确的信号路径和连通。在很多情况下，夹具基本上是针对每个应用而定制的，需要结合手工操作进行设置。测试过程和控制通常手动进行，有时靠PC协助，通过书面的协议或规程进行规定。测试台连接到具体的产品，优点是成本相对较低，设备比较简单，但在应对多种产品时灵活性较差。（3）专用测试设备（STE）。从理论上专用测试设备就是使测试台操作自动化的系统，系统的心脏通常是一台电脑，通过专用总线和一些可编程仪器进行控制。速度、性能、适用情况、成本及其它因素影响着仪器总线和结构的选择。各种仪器和通用设备堆叠在一个或多个垂直机箱里，然后再连到被测设备上。有自动化处理，设置时间、测试时间以及整体操作都比手工测试台更加快速而容易。STE可以扩展为满足多种性能需要，通常用于生产或维修中心。STE最明显的是总体成本：设备投资成本、操作成本以及程序开发成本。（4）自动测试设备（ATE）。通用自动测试设备（GPATE，或简称为ATE）是一种非常先进灵活的方案，可以满足多种产品与程序测试要求。系统集成、信号连通灵活性、增值软硬件、面向测试的语言、图形用户界面等是ATE和STE之间的主要区别。除了仪器全面集成带来的优点之外，ATE还能为信号路由和连接提供更好方案。ATE专用背板大多数情况下包括一个模拟总线，可以让仪器直接连到任何引脚，而不会使内外引线变得复杂。这种灵活性通常可扩展到将模拟和数字通道合在一起，使用户在任何时候连接数字或模拟激励，并测量接收器任意引脚。其结果是不仅使成本大大简化降低，同时测试程序也更易于实现。依据控制模式的不同，可以分为：手动控制功能测试、半自动控制功能测试、全自动控制功能测试。随着科技的高速发展，为了节约生产成本和提高生产效率，现在的功能测试有些使用全自动的测试方案。目前，对于一些简单的被测板的功能测试，基于简化设计和减少制作成本考虑，仍然采用手动或者半自动的测试方案。
二、模块化的开放性PCBA功能测试平台
（一）系统结构
由于全自动控制的功能测试需要购置或开发全自动设备，前期资金投入较大，而半自动控制的功能测试对设备需求相对较低，因此目前中小企业使用的大多是半自动控制功能测试，本文提出的测试平台也是半自动方式。本文提出的测试平台主要由三个部分组成：系统控制中心、检测台、测试仪器，结构如图1所示。
图1 功能测试平台结构
1.系统控制中心。这部分由安装了FCT测试软件的PC
组成，是整个测试系统的核心部件，它的主要作用是控制整个测试过程的运行状态，并对每一步的测试内容及结果进行判断和记录，最终得出测试结果，并把这些结果和数据存储、输出，更方便于对PCBA产品质量进行有效控制。FCT软件如图2所示。
图2 FCT软件界面
FCT软件采用模块化设计，由图1可知其由7个模块组成：显示模块、数据库、用户管理模块、编程模块、结果处理模块、程序执行模块、通讯模块。显示模块是人机交互接口，将操作员的操作指令传达给其他模块，并将其他模块的实时信息显示给操作员。数据库是整个控制中心的核心模块，它保存了用户信息、可编程仪器的指令信息、测试仪器信息、界面显示信息。采用ACCESS 2000作为数据库，保证了数据库的通用性和易用性。用户管理模块用于管理登录用户的操作权限，有操作员和程序员两类用户。操作员无法使用编程模块，只能操作已经编写好的测试文件；程序员权限高于操作员，可使用编程模块编写或修改测试流程，并将测试流程保存为测试文件以供操作员使用。在程序启动时会首先启动用户管理模块，弹出用户登录对话框（如图3所示），选择相应用户并输入密码后，用户管理模块会根据数据库保存的用户信息授予登录用户相应的权限，根据权限启动软件并禁用相应模块。图2显示的即为程序员登陆后的界面，操作员登陆后编程面板（Program pane）是不可见的。
图3 FCT软件登陆界面
编程模块用于测试文件的编写或修改，编程面板如图4所示，每点击一次“确定”或“增加”就修改或增加了一条测试程序。各项输入框的作用为：检验项目——用于描述增加/修改的程序的作用；指令——选择程序所要执行的动作，如向测试设备发命令、向智能工装板发命令、延时等；描述——用于详细解释检验项目；参数——用于设定执行指令时所需的参数，如图4所示，需要打开13号继电器，则参数中需输入继电器编号13；设备——执行指令的目标设备的列表，包括检测设备、智能工装板和PC机，其中检测设备必须为可编程仪器，如泰克DMM4050数字万用表等；功能——选择目标设备需要执行的动作，如测量电压、测量电流等；跳转指令——用于指定当前程序执行失败/通过后需要执行的下一条程序；条件——指定程序运行成功的判断条件，如大于、小于等；单位——选择检验项目的单位，如V、A等；上/下限值——当指定通过条件为大于、小于等范围值时，需要在上/下限值输入框内设定条件范围。点击“确定”为修改当前程序，“增加”为在当前程序后增加设定好的程序。编程模块中的指令、设备、功能、条件四项信息都保存在数据库中。整个编程过程非常简单，仅需在编程面板上选择相应目标设备和指令动作即可，不需要去研究检测设备复杂的编程手册。
图4 编程面板
程序执行模块：用于打开和运行编程模块配置好的测试文件。运行时采用多线程，后台线程执行设定好的程序，按程序流程向检测台或测试仪器发送命令或接收数据。图2中显示的“测试程序”界面为一个测试流程，即一个测试文件。结果处理模块：用于处理检测仪器传回来的检测结果，根据程序执行模块中测试文件设定的结果通过条件判断相应的结果是否符合要求，并将结果通过显示模块显示给操作员，对于不符合要求的测试结果会以不同的颜色标示出来。操作员还可通过结果处理模块将检测结果保存或打印出来。通信模块一共有两个，分别用于与检测设备和检测台相互传送数据。每个通信模块都可选择USB或串口通信方式。
2.检测台。检测台主要由智能工装板和针床组成，它是测试过程逻辑动作的感应和执行机构，系统通过它来搭建各种测试环境，实现测试功能。智能工装板是单片机控制的继电开关组，每一个继电器即为一个测试通道，当继电器闭合时，检测设备就可通过该通道测试PCBA上测试点的数据。针床结构如图5所示，针床上根据PCBA的测试点位置配置了探针，每一根探针严格对应PCBA上的一个测试点，将PCBA固定于针床上，探针就会与相应的测试点接触。而探针另一端通过导线与智能工装板上的继电器相连，通过继电器的开关来选择检测仪器的测试通道。
图5 针床结构
3.测试仪器。测试仪器主要由各种可编程的检测设备组成（如泰克DMM4050数字万用表），它主要完成测试过程中各种模拟或者数字量的采集工作。测试仪器可根据FCT需求更换，如当需要做电磁兼容性测试时，可采用相关仪器。
（二）系统检测
在启用本系统检测PCBA前，首先由程序员根据测试需求编写测试文件。在程序员启动编程面板时，编程模块会先读取数据库，将指令列表、设备列表、功能列表、条件列表显示在编程面板上以供程序员选择，同时，也会把这些选项相互的限制关系（如当选择“延时”指令时，功能列表和条件列表都将变灰，处于不可选的状态）保存到编程模块中。当程序员选择好要执行的指令并点击“确定”或“增加”按钮后，编程模块首先根据指令确定执行命令的设备目标，然后根据选择的功能从数据库中查询出相应的仪器编程指令，然后将程序员输入的参数加入编程指令字符串中，最后将字符串保存到程序执行模块中的程序指令队列里。所有程序编辑完毕后，将指令队列保存为测试文件。当要执行测试操作时，先开启智能工装板的电源，这时PC
BA也由工装板供电并开始工作。操作员打开一个测试文件（操作员不能修改程序列表），选择需要执行的测试指令和需要记录结果的指令，点击“连续运行”或“单步运行”就可以开始测试工作了。程序运行的一般流程如下：（1）程序执行模块首先向检测设备和检测台发送握手信息，确认连接。（2）程序执行模块向智能工装板的单片机发送激励信息，单片机根据指令闭合相应的继电器，开启一个测试通道。如果需要测量波形或者频率等，程序执行模块还命令单片机产生一个PWM波或正弦波等。（3）程序执行模块向测试仪器发送启动信号，测试仪器根据发来的指令字符串切换成相应的检测模式，并通过开启的测试通道开始采样。此时系统控制中心处于等待状态并同时启动计时器，当测试仪器在预期的时间内没有发回测试结果，就认为测试仪器没有接到指令并重新发送指令字符串。若系统控制中心重复发送了多次相同指令却仍然没有收到回复，则认为连接中断并通知操作员检查线路。（4）测试仪器将检测结果通过通信模块发送给结果处理模块。（5）结果处理模块根据程序员设定的结果通过条件分析检测数据，并按操作员需求将结果添加到“测试结果”列表，不符合结果通过条件的将会以不同的颜色标示出来。至此，一个指定测试点的检测已经完成。如果有其他测试点需检测，则返回（2），执行下一轮检测，直到所有程序指令执行完毕。在所有程序执行完毕后，显示界面会自动切换到“测试结果”界面，操作员可将检测的结果列表保存为一个文件，也可直接打印出来。测试过程表明，有60个步骤的测试流程执行一次所需的时间不到1分钟，结果显示界面如图6所示。
图6 结果显示界面
（三）系统的扩展
该系统是一个通用的开放测试平台，用户可根据需求任意扩展其功能。通常可分为两类扩展：PCBA扩展和功能扩展。（1）PCBA扩展。由于不同的PCBA测试点不一样，因此一种PCBA通常只能对应一块针床。如果要测试不同的PCBA，可以将针床上的探针重新配置到PCBA对应的测试点位置坐标上，然后把探针一端与继电器相连即可。考虑到系统的复用性（即一套系统可随时测试不同的PCBA），若每次都重新排布探针并连线，反而费时费力，会导致测试效率大大降低。因此，通常对于一类PCBA都会预先制作好匹配的检测台，在测试这类PCBA时，只需将替换对应的检测台，打开测试文件即可开始检测，大大提高了功能测试的效率。（2）功能扩展。一台测试仪器所能检测的项目是有限的，若遇到一些特殊的检测项目，则需要更换测试仪器以扩展系统的测试功能。例如，泰克DMM4050数字万用表，可以做电压、电流、频率等测试，但若要做负载测试或通信测试则无法完成，此时就需要更换相应的测试仪器。更换测试仪器后，只需更新系统控制中心的数据库，将仪器加入设备列表，并增加其对应功能的指令集即可，升级过程非常简单，无需修改软件的源程序。为了避免临时升级系统，我们为系统预先储存了多种仪器的配置信息，基本满足大多数功能测试的需求。
本文所设计的模块化开放性由系统控制中心、检测台和测试仪器三个部分构成。该系统仅需测试人员选择相应的测试功能即可编写出完整的测试流程，极大地降低了测试程序的编写难度。软件界面友好，功能强大，操作简单，大大提高了PCBA功能测试效率。该系统扩展性强，可通过切换检测台实现多种PCBA的检测，还可通过增加测试仪器并升级数据库来增加检测项目，因此该系统的通用性极强，可满足于大多数功能测试的需求。该系统目前已应用于PCBA的生产线，经生产检验，是一种成熟可靠的测试平台。
参 考 文 献
[1]Salvatore Nuccio，Ciro Spataro.Assessment of virtual instrumentsmeasurement uncertainty[J].Computer Standards & Interfaces.2001（23）：39～46
[2]王晏斌.基于单片机的PCBA测试系统研究[J].科技资讯.2011（3）：76～78
[3]张伦，吴常津等.电子故障分析手册[M].北京：科学出版社，2002
[4]高泽涵编.电子电路故障诊断技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000
[5]朱大奇著.电子设备故障诊断原理与实践[M].北京：电子工业出版社，2004
[6]翁寿松.SMT设备与PCB诊断设备的发展动态[J].电子工业专用设备.2002（6）：31～51
关键词： 功能测试； 测试软件开发平台； 智能电能表； 开发平台
中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）04?0090?03
Design for development platform of function testing system
HOU Gao?Lei， LI Zhi?Peng， SUN?Qiang， LI Zhi?Hua
（Xuji Metering Limited Company， Xuchang 461000， China）
Abstract： In order to meet the testing needs of electrical energy meter series products， reduce the development cycle of functional testing software and improve the functional testing capability of the product， the design concept of functional testing software development platform is proposed. This design aims to establish a development platform for unified functional testing software， and gradually integrates the media library， a protocol library， function library， interface libraryand other mature technologies into the platform according to the hierarchical， modular and high abstract design concept. In addition， the secondary development function of the platform is retained by the reserved interface， so as to realize the rapid design of the testing software and satisfy the development requirement of function testing.
Keywords： function testing；testing software development platform；intelligent electric energy meter；development platform
0 引 言
伴随坚强智能电网的不断发展[1]，电能计量及采集产品的功能需求也在不断增加，产品的可靠性要求也在不断提高，给产品设计及测试工作带来了极大的挑战。目前国内电能计量行业产品的可靠性设计[2]和管理工作刚刚起步，因此产品的质量保证工作大部分就落到了测试环节，即研发测试和生产测试，极大地增加了测试部门的工作压力和工作强度，同时对测试人员的需求也大大提高。为了改变这一现象，河南许继仪表有限公司一直致力于自动化测试装置和测试系统的研发设计工作，在保证测试质量的同时，逐步减少对测试人员的依赖。功能测试系统开发平台正是为了解决功能测试软件开发过程周期长、效率低、质量差、人员依赖度高的问题而提出来的。该平台通过分层、模块化、高度抽象的设计理念[3]，逐步将介质库、协议库、功能库、语言库、界面库等成熟技术集成在一起，并通过预留接口的方式保留对平台的二次开发功能，从而实现测试软件的快速设计能力。
1 开发平台系统分析
1.1 需求分析
为了更好地满足各种功能测试系统软件开发的需要，通过对近年来各种产品功能测试过程中的功能测试需求、测试人员的使用要求、测试管理要求、测试软件的使用范围、软件应用经验、软件功能开发经验等信息进行收集整理，经过长时间地分析讨论总结，并最终形成了初步的需求方案。首先开发平台必须是一个大而全的函数库，必须能满足常用的开发功能函数级的需要，如支持多种通信方式，多种通信协议，多种语言，多种文件操作，多种数据库操作，多线程操作，线程池管理[4]等，其次开发平台必须是一个应用功能集合，要能支持常用的功能模块，如报表打印、数据导入、数据导出、用户权限管理、系统日志管理、系统自动升级等；最后开发平台还必须是一个开发工具包[5]，能被其他人很方便地利用起来进行二次开发工作。
1.2 平台逻辑框图
基于以上需求分析，形成了开发平台的逻辑框架图，如图1所示，下面针对开发平台的逻辑架构框图进行简要说明：
（1） 应用模块层：该层主要提供了成熟的基于用户常用的功能模块集合，主要包括系统管理，用户权限管理，数据报表管理，功能扩展管理等成熟的功能应用，为测试系统应用级功能的二次开发提供应用基础；
（2） 业务驱动层：业务驱动顾名思义就是驱动业务功能实现，该层和应用层不同的是他集成的对象是功能实现函数级集合，而应用层主要是功能实现的应用模块集合，他主要为二次开发提供成熟稳定的功能实现函数；
（3） 介质驱动层：介质驱动层封装了驱动物理介质需要的底层驱动库，保证物理介质能正常的工作；
（4） 介质层[6]：介质层主要包含本平台封装的各种介质，主要包括存储介质和通信介质，该层封装介质的多少直接决定了平台对通信、存储等功能实现的支持能力。
图1 系统逻辑框图
1.3 主要业务功能模块
由于该开发平台主要是为了减少测试软件二次开发的时间周期的，因此他的主要亮点就在于二次开发人员能在该平台基础上，利用应用模块层成熟的应用模块功能和业务驱动层量多而成熟的功能函数经过各种自由组合后能快速开发出各种满足业务需要的系统软件来，因此要想利用好该平台，就必须对应用模块层和业务驱动层进行详细的学习和了解。下面就针对这两个层主要的业务模块进行简单的介绍。
（1） 系统管理：该功能主要是常用的系统管理功能模块，主要功能包括系统权限管理、系统数据库配置管理、系统通信配置管理、系统日志操作管理等。
（2） 档案管理：该功能主要是公司产品测试时需要的档案管理和维护功能，主要功能包括测试项目档案管理、被测产品档案管理、测试设备档案管理等。
（3） 报表管理：该功能主要是常用的报表管理模块，主要功能包括测试报告管理、测试数据管理、测试记录管理等。
（4） 数据接口：该功能主要是数据导入/导出功能管理模块，主要功能包括数据导入管理、数据导出管理、数据实时交互接口管理等。
（5） 升级管理：该功能主要是对应用程序的自动升级功能管理模块，主要功能包括软件更新配置管理、更新服务管理等。
（6） 扩展管理：该功能主要是为了以后扩展该平台功能实现模块使用的，主要功能包括功能模块导入管理，功能模块维护管理等。
（7） 数据库功能操作库：为了使二次开发人员在开发测试系统的时候能灵活方便地进行数据库操作设计，故专门制作了数据库功能操作库，他主要是将常用的可靠的数据库操作函数集合整理在一起，方便开发人员灵活使用。
（8） 语言库功能操作库：该功能主要是将操作语言类的功能函数结合到一起，方便开发人员在设计支持多国语言测试系统时直接调用。目前该语言库已经封装了全球最常用的语言包，能支持全球绝大部分语言应用。
（9） 规约库功能操作库：该功能主要是将公司所有使用到的通信规约操作函数进行了封装，方便开发人员在兼容各种通信规约时直接使用，提高模块的重用性，减少了系统开发周期。
（10） 通信功能操作库：该功能主要是将公司所有使用到的通信类型的操作函数进行了封装，比如TCP通信操作、串口操作、UDP操作、FTP操作等，方便开发人员在使用各种通信方式操作时可以直接调用该类函数，提高开发效率和质量。
1.4 平台开发环境
为了使开发平台具有高效、易用及面向组件的特点，同时结合公司测试软件开发的实际情况，最终将C#最为开发平台的编程语言。C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。它在继承C和C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以及不允许多重继承）。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言[7]。
2 关键技术及实现
2.1 插件[8]管理技术
为了使开发平台中功能模块部分能够灵活地进行功能扩展，而不需要对平台主程序进行重新编译和，因此在开发平台上就专门应用了插件管理技术。我们将常用的成熟的功能模块（如用户权限管理模块、数据报表模块等）按照约定的协议接口做成动态库的形式封装起来，然后通过将这些动态库调用到程序框架中来完成功能模块的加载，这样就完成了功能模块的灵活集成，从而保证平台功能集合的可管理性和可扩展性。
2.2 非可视化功能管理技术
平台中集成了很多成熟的功能模块，但是由于这些功能模块有的具有可视化界面，有点没有可视化界面，没有统一的格式，因此如何将这些功能模块灵活的管理起来将是该平台急需解决的一个问题。Windows操作系统的消息处理机制[9]可以解决系统级消息或者用户自定义的消息处理，但是对于无窗体句柄[10]的非可视化功能则无法通过消息处理来进行管理，因此为了解决这个问题，平台在功能设计的时候，首先将各种非可视化功能集合到一起，然后通过对这个功能增加设置隐藏窗口的方式，使这些功能同时都具备了窗体句柄，从而通过消息处理的机制来完成对这些非可视化功能模块的管理。
2.3 消息处理机制
由于该平台封装了较多的功能和函数集，为了保证平台在二次开发过程中能更好地被开发者统一管理起来，在平台框架设计过程中，就集成了便于开发者进行协调管理的消息处理机制，该消息机制在Windows消息处理机制的基础上进行了扩展，将自定义消息处理模式通过平台消息配置文件来对平台内部自定义消息进行管理和维护，保证他们在平台开发应用过程中能对各种集成功能进行准确的管理和灵活的操控。
3 结 论
功能测试系统开发平台自开发成功之后已陆续应用于公司多款功能自动化测试系统的应用开发中，在开发过程中节省了大量的人员和开发时间，极大提高了开发效率，目前这些测试系统运行稳定，且仍在近期送样测试过程中发挥着重大作用。随着行业技术的发展，一些新的需求也在不断增加，从标准、规约、实现手段等方面都在不要增加新的需求，因此开发平台仍需要在现在的基础上通过不断的优化和完善，才能更好地服务于公司产品的测试工作。
参考文献
[1] 曾平良，许晓慧.坚强智能电网的规划与发展[J].国家电网，2013（1）：82?85.
[2] 汤胜林.航天电子产品可靠性设计[J].中国科技博览，2011（7）：116?117.
[3] 宋三明，姚鸿勋.Potts网络的模块化Latching动力模型[J].智能计算机与应用，2013（4）：42?46.
[4] 程澜，罗建.基于优先级区间连接策略的抢占式线程池模型[J].航空计算技术，2013（1）：131?134.
[5] 胡龙跃，史峥，刘得金，等.高效率集成电路测试芯片设计方法 [J].计算机工程及应用，2013（11）：54?57.
[6] 王靖欧.用多样化的通信介质传输水电厂SCADA系统信息[J].水电能源科学，2006（4）：89?91.
[7] Microsoft. C# [EB/OL]. [2012?12?29]. http：///link.
[8] 李哲青，贺倩.异构数据集成系统中插件技术的应用[J].信息系统工程，2013（8）：90?92.
【关键词】电路板；功能测试；PXI总线；虚拟仪器；VISA库；数据采集；交换机；调度机
1.引言
随着电子技术的飞速发展，产品的开发周期不断加快，因此对自动测量测试系统的要求也随之不断提高。测试平台必须能够进行快速修改和扩展，以测试新的功能，适应快速的产品开发流程。
FAST电路板功能测试系统（Circuit Boards Functional At Speed Tester，简称FAST）设备主要为交换机、调度机、应急通信系统的电路板提供板级功能测试，可以共用相同的测试平成ALU（Analog Line Unit，模拟用户单元）、DTMF（Dual-tone Multi-frequency，双音多频）、DTU（Digital Trunk Unit，数字中继单元）等多达60余种不同的电路板的功能测试；支持自动和手动测试模式，提供自测、故障定位和校准功能，具有强大的综合测试能力。
FAST电路板测试系统基于PXI（PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）总线技术的设计使其具有开放的系统架构，易于系统集成和扩展，可以很好地满足不断更新的测试需求。
对于各种电路板的功能测试所需要的各项参数或功能如电压、电流、传输噪声、传输衰减、频率响应等，都是通过虚拟仪器的技术设计实现，不再需要单独配备相应的传统测试仪器，这样大幅度降低了系统的成本而不减少测试功能。
2.系统概述
FAST电路板功能测试系统的组成包括主控计算机硬件、测试仪器硬件、操作系统、VISA（Virtual Instrument Software Architecture，虚拟仪器软件体系）库、仪器驱动器和应用软件开发平台，以及测试应用程序，组成一套完整的从底层到顶层的纵向结构[1]。系统组成的结构如图1所示。
2.1 PXI总线
PXI总线是美国国家仪器公司NI与其他厂商合作推出的专为测试任务而优化的Compact PCI总线，其核心就是一个高性能的数据传输总线，此外还结合了PCI的电气总线特性与Compact PCI的坚固性、模块化及欧式卡机械封装的特性。数据传输速率133MB/s以上，远远高于GPIB（General Purpose Interface Bus，通用接口总线）和VXI（VME bus eXtensions for Instrumentation）总线。PXI已成为成长最快的标准化技术，PXI具有开放性、模块化、高性能、低成本等特点，越来越多的项目转向PXI解决方案。
2.2 虚拟仪器
虚拟仪器（Virtual Instrument，VI）是基于计算机的仪器，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理的结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种完成应用系统所需要的附件。而这种灵活性在由供应商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。
例如对于常用的传输噪声电平的测试可以通过虚拟仪器完成，其流程如下：被测试电路板的信号经过信号调理单元被数据采集模块连续采样，然后对采样到的信号进行数字滤波，抑制带外信号，然后通过波形测量VI中的FFT Power Spectrum Density函数计算信号的功率谱密度，在这个函数中对输入的噪声信号采取平均处理的方法，进一步消除信号中的周期噪声。最后对功率谱密度函数的输出进行积分得到信号的平均功率。把平均功率进行单位换算得到噪声的功率电平。
3.系统硬件
FAST电路板功能测试系统采用基于PXI总线技术的NI65xxHSDIO模式发生器和PXI 62xx多功能数据采集卡作为测试平台的核心仪器，与主控制计算机、12种专用测试硬件单元共同组成FAST的系统硬件，系统硬件框图如图2所示。
3.1 主控制计算机
主控制计算机的控制方式有GPIO（General Purpose Input Output，通用输入输出）方式、PCI-MXI-PXI（Multisystem eXtension Interface，多系统扩展接口）方式、GPIB三种方式。
3.2 专用测试硬件单元
FAST系统共包括背板单元、测量单元、接口单元、子板单元、TSIU单元、Term-U单元、PCE电路板、信号调理单元、夹具单元等共12种硬件电路板单元。
测量单元提供了功能、指标测试所需的各种接口和控制功能，并且提供了测量设备到音频总线的接口和控制，包括GPIO接口，铃流产生和控制，用户线和中继线测量接口，保持线圈，TIMS（Transmission Impairment Measurement Set，传输衰减测量设置）接口，成环控制，A/D电平转换，呼叫进程等功能。
接口单元的主要功能：DTMF成环铃流检测、串行接口转换、提供了控制分系统和远端分系统之间的命令总线和音频总线的内部连接。还包含内置测试继电器和器件，用于提供对控制、远端分系统中的音频总线进行完全的自动诊断。
信号调理单元，用于DAQ和TR线的接口。为数据采集卡PXI62xx和TERM、MEASURE单元提供接口，完成相关信号的数据采集。
PCE（PCM Exchange，PCM交换）单元，与HSDIO（High Speed Digital Input Output，高速数字输入输出）的接口，完成UUT（Unit Under Test，被测单元）测试信号的转接；PCM选定两个时隙的交换；HSDIO部分的驱动和缓冲。
子板单元包括：Measure Connect Sub-plane-MC SUB、Term Shelf Sub-plane-TS SUB、DAQ、HSDIO共四种电路板。子板是背板信号的扩展板，通过背板-子板接口与背板相连接。
TSIU（Term Shelf Interface Unit，项目机架接口单元）单元，用于接收通过子板从控制分系统GPIO上送来的控制信息，并上报相应的状态信息。
Term-U（Term Unit，项目单元）单元提供16路电话所需要的继电器开关电路，用于提供从远端分系统公共音频总线到外部被测试设备的连接。
夹具单元提供了和UUT之间的接口。
4.系统软件
测试软件是测试系统的运行核心，软件功能的完备性、易用性、软件结构的先进性、可扩展性以及软件系统运行的安全性、可靠性，是测试系统成功与否的重要标志。
4.1 测试程序框架
FAST的测试程序用LabWINDOWS/CVI和LABVIEW编写。为保证各个测试程序的一致性和兼容性，FAST的测试程序有一个相对统一的用户界面，测试过程的控制、文件输入输出、数据和信息显示、数据和状态记录等功能，通过统一的测试程序框架提供[1，2，3]。其测试程序框架按功能分包括：源代码文件结构、主界面及操作、软件平台通信、测试仪器通信、数据显示与记录、故障诊断等。
4.2 多线程和测试流程
由于在测试过程中随时接收操作者的命令，所以FAST整个软件采用多线程方式。测试线程在后台运行，主线程接收操作者的命令。每种板型的后台程序都是线程。线程在main中创建，是一个while（1）结构，在exe文件关闭后删除，所以任何时候，只有一个线程在运行。
在FAST项目中，涉及到对模块的操作，可以使用对I/O的操作来实现，涉及到对PXI总线的操作，则调用labVIEW生成的DLL（Dynamic Link Library，动态链接库）文件，最重要的是必须能控制测试结构，即安排好程序模块的组织。公共测试流程如图3所示：
从图3可以看出，测试程序包括以下接口：和DLL文件的接口。要求DLL函数必须返回测量值或给指针赋值，不管正确与否；和模块的接口，直接使用LabCVI提供的OUTP或其他系统功能函数；和文件的接口。得到待测板型的各种指标，从而进行比较。应用到的技术包括：project的建立、控件的使用、定时器的使用、EXE文件的生成、DLL文件的调用、对I/O的操作、对文件的操作。
5.结语
FAST作为一个专用的自动测试系统，用于对各种电路板板件进行功能测试，从而评定整个板件功能与指标是否合格。这一步骤是生产、开发环节中不可或缺的一项。
FAST电路板功能测试系统对60多种功能不同的电路板单元的功能测试可以共用相同的测试平台，易于扩展升级，实现了特定电路板功能测试的专用性和基于PXI总线技术和虚拟仪器技术的自动测试测量系统的先进性与通用性良好地融合，具有强大的快速综合测试能力，在实际应用中取得了良好的效果。
参考文献
[1]李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2]秦红磊.自动测试系统[M].北京：高等教育出版社，2007.
关键字：LTE；MME/SAE GW；功能配置
MME/SAE GW Function Test&Analysis Report in the Environment of LTE
Hu Jian
（Shanghai Bell Co.,ltd.,Shanghai Jiaotong University Shanghai 201206， China）
Abstract:According to the function of MME/SAE GW,2 standards selected - test environment and test methods,six specific operation test analysis and test results showed that the normal operation,accord with network data transmission requirements.
Keywords:LTE;MME/SAE GW;Functional allocation
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 09-0000-01
一、测试环境和测试工具
1.测试环境1将MME/S-GW/P-GW/HSS等集成到一个硬件设备中，除S6a口和S5/S8口不能观测外，其它核心网接口均能观测。
2.测试环境2：MME + HSS + RAN模拟器＋S-GW/P-GW模拟器，该套环境中MME和HSS为独立的真实网元，其它网元均用模拟器替代，能观察S6a口消息。该套环境主要用于补充测试环境1中无法测试的一些项目以及观察环境1中无法监测的接口。
3.测试工具仪表
测试终端UE：LG M7 2.6GHz Device
4.测试软件与信令分析工具
WireShark（版本 0.99）并加载Packet Analysis插件；Agilent（版本6.70）
二、测试内容和测试方法
（一）FTP下载业务测试
1.测试目的：验证UE附送之后，能够正常进行FTP下载业务
2.测试步骤：
（1）UE附着并建立默认承载；
（2）UE执行FTP下载，下载一个大文件（测试中使用PC连到UE拨号上网，在PC上下载）；
3.测试结果：
（1）文件下载是否成功：
（2）用户EMM状态和ECM状态：
（二）流媒体业务测试
1.测试目的：验证UE附送之后，能够正常进行流媒体业务
2.测试步骤：
（1）UE附着并建立默认承载；
（1）在UE上观看流媒体；
3.测试结果：
（1）成功观看流媒体业务
（2）用户EMM状态为EMM-REGISTERED，ECM状态为ECM-CONNECTED
三、MME功能测试项目与分析
（一）移动用户没有正常去附着的情况下，又重新附着到同一MME
测试目的：验证当用户发起附着，而在MME中该用户仍附着状态的时候，MME能够正确处理。
1.测试步骤：
（1）UE开机发起GUTI附着；
（2）拔掉UE的电板；
（3）UE插上电板再次开机发起附着；
（4）在网络侧查询用户的信息；
2.消息流程：在测试环境1中的消息流程参考分析软件相关显示信息
3.测试结果：
（1）UE第一次附着成功；
（2）UE第二次附着成功；
（3）能够看到第二次附着的时候，MME先发起删除默认承载，然后再建立，默认承载建立成功；
4.MME上用户EMM状态为EMM-REGISTERED，ECM状态为ECM-CONNECTED
测试环境1中查询用户状态：
用户状态：EMM UE-ATTACHED ECM S1-CONNECTED
5.消息跟踪能够跟踪到相应的消息，流程正确，符合详细消息流程图及其描述；
注：由于UE拔电板以后重起，无法发起old GUTI附着，第二次附着时发起的是IMIS附着。
（二）移动用户从E-UTRAN发起附着请示，身份标识为IMSI
1.测试目的：验证MME能够正确处理用户发起的去附着流程。
2.测试步骤：
（1）UE关机发起分离；
（2）在网络侧查询用户的信息
3.消息流程：在测试环境1中的消息流程参考分析软件和插件相关显示信息
1.测试结果：
（1）UE分离成功；
（2）MME上用户状态为非注册态；在MME上无法查到用户信息；
（3）由于是关机分离，MME不会回Detach Accept消息；
（4）消息跟踪能够跟踪到相应的消息，流程正确，符合详细消息流程图及其描述；
（三）移动用户显式分离引起的MME发起purge流程
测试目的：验证在移动用户显示分离之后，MME能够正确发起Purge流程
1.测试步骤：
（1）UE发起分离；
（2等待Purge定时器超时之后，在网络侧查询用户的信息
2.流程：在测试环境2中的消息流程参考分析软件相关显示信息
3.结果：
（1）Purge流程成功；
（2在用户分离之后，经过了Purge定时器设置的时长后，发起Purge流程；
（3）MME上没有用户的信息；
（4）消息跟踪能够跟踪到相应的消息，流程正确，符合详细消息流程图及其描述；
（四）移动用户隐式分离引起的MME发起Purge流程
测试目的：验证在移动用户隐式分离之后，MME能够正确发起Purge流程。
1.步骤：
（1）UE移动到信号覆盖区之外，在隐式分离定时器超时之后，MME隐式分离用户；
（2等待Purge定时器超时之后，在网络侧查询用户的信息；
2.流程：在测试环境2中的消息流程参考分析工具软件及插件相关显示信息
3.结果：
（1）Purge流程成功；
（2）在用户隐式分离之后，经过了Purge分离器设置的时长后，发起Purge流程；
（3）MME上没有用户的信息；
（4）消息跟踪能够跟踪到相应的消息，流程正确，符合详细消息流程图及其描述；
（五）移动用户发起周期性TAU
测试目的：验证MME能够正确处理UE发起的周期性TAU
1.测试步骤：
（1）UE在周期TA更新定时器超时之后，发起周期TAU；
（2）在网络侧查询用户的信息；
2.消息流程：在测试环境1中的消息流程参考分析工具软件及插件相关显示信息
3.测试结果：
（1）TAU成功；
（2）进入ECM-IDLE状态后经过周期TA更新定时器时长发起周期TAU；
TAU的时间周期设定是10秒。
（3）MME中用户EMM状态为EMM-REGISTERED；
（4）消息跟踪能够跟踪到相应的消息，流程正确，符合详细消息流程图及其描述；
（六）网络侧有下行数据，触发Service Request
测试目的：验证在网络侧有下行数据，触发Service Request，MME能够恢复承载
1.测试步骤：
（1）在外部应用服务器上下发数据包给UE；
（2）在网络侧查询用户的信息；
2.消息流程：在测试环境1中的消息流程参考分析工具软件及插件相关显示信息
3.测试结果：
（1）MME发起Paging，寻呼范围为整个TA LIST中的TA，Service Request流程成功；
（2）承载恢复，数据恢复；
（3）用户EMM状态为EMM-REGISTERED，ECM状态为ECM-CONNECTED；
在测试环境1中检查用户状态：
用户状态： EMM UE-ATTACHED ECM S1-CONNECTED
（4）消息跟踪能够跟踪到相应的消息，流程正确，符合详细消息流程图及其描述；
四、研究结论
本次测试包括基本业务、MME/SAE GW功能测试等多种层面的测试，测试工作依据相关标准进行，测试选择最为通用的各种情况和环境进行，具有较强的代表性。从测试的6项具体数据和结果表明：测试结果显示各项测试指标正常。
参考文献：
[1]张海滨.正交频分复用的基本原理与关键技术.北京:国防工业出版社出版,2006
[2]王志勤,林辉,杜颖.3G演进型标准化进程.中兴通信技术,2006:4
关键词 机顶盒；马赛克检测；中心极限定理；均方误差
中图分类号TN94 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0202-02
0 引言
随着数字电视不断普及，市场对于机顶盒的需求越来越大。机顶盒出厂前需进行一系列的测试，包括：功能测试、接口测试等。其中功能测试的一个重要组成部分是机顶盒的解码性能测试。随着计算机技术的发展，图像识别技术在数字电视图像自动监测中被广泛使用。针对机顶盒解码性能的检测，常用方法是实时对机顶盒解码的视频图像进行马赛克检测。
马赛克检测系统的目的是取代人工监测，因此对检测系统的性能有以下要求：1）实现实时检测；2）能检测出人眼能观察到的马赛克图像。
1 RGB与HSI颜色模型转换
在数字图像处理中，颜色是一个重要的研究对象。而RGB模型与HSI模型是两种常见模型。在机顶盒功能测试时，采集图像的过程中使用RGB模型，便于颜色的采集与显示。而在检测过程中采用HSI模型有利于使检测结果更接近人体的视觉效果。因此，算法的实现需要把图像从RGB模型转换为HSI模型。本文采用几何推导模型 。
其中
(1)
(2)
(3)
2 基于基准图片比较的检测算法
用于机顶盒解码功能检测的视频有以下特点：视频画面基本固定不变、有多个彩色条纹构造成的静态的图像视频流，图像的变化较少，如图1所示。根据其特点，本文提出了基于基准图片比较的检测算法。该算法的步骤为：
step1 将图像RGB值进行归一化处理后再转换到HSI模型；
step2 计算采样图片与基准图片对应像素在色调、饱和度和强度上的均方误差值；
step3 把获得的均方误差值与阈值进行比较，只要任一维度的值超过阈值，则判断当前采样图片出现马赛克。
2.1 归一化处理
正常图像在颜色交界处存在颜色的突变。突变处的RGB数值不平滑使得计算获得的MSE异常增大，最终导致算法的判断失败。因此，引入归一化处理方法来解决该问题。
图1带有马赛克的图像
图2 图像像素点结构
假设图像一共由m*n个像素点组成，如图2所示，像素点Pij的RGB值分别为 ，其中0≤i≤m-1，0≤j≤n-1。那么归一化公式(4):
其中(4)
通过归一化处理后，像素点的RGB值过渡平滑化，解决了颜色交界处的数值突变问题，进而提高了算法准确率。
2.2 阈值的选定
在算法中，一个重要的因素是阈值的选定。这个关系到算法的准确度。在介绍阈值的选定方法前，先介绍两个统计学的知识点：
中心极限定理：设从均值为μ、方差为σ2的任意一个总体中抽取样本量为n的样本，当n充分大时，样本均值的抽样分布近似服从均值为、方差为σ2/n的正态分布。
正态分布原理：设X服从均值为μ，方差为σ2的正态分布，那么在μ±3σ范围内的累计分布概率达到99%。
随着采样点的变化，正常的采样图片也会在色调、饱和度和强度上有一定的波动，导致它与参考图像存在一定误差。因此在选定阈值时必须考虑这个因素，避免正常图像被误判。同时，本文认为采样点波动是随机发生的，且相互独立。因此阈值的选定步骤：
将无异常的机顶盒接入测试系统中，采集大量的正常图像，计算对应的均方误差；
根据获得的数据计算出三个维度均方误差的均值μ和标准差σ；
根据正态分布3σ原理，将阈值设置为μ+3σ可以保证能检测出99%以上的马赛克。
3 实验结果与结论
采用C#语言，在Visual Studio 2008环境下实现检测算法。先采集1000个样本数据，再根据数据计算得到三个维度的均方误差的均值和标准差，最后计算获得阈值，如表1所示。
维度 均值μ 标准差σ 阈值μ+3σ
色调 4.53E-04 5.00E-05 6.03E-04
饱和度 1.82E-05 2.33E-06 2.52E-05
强度 7.28E-06 4.54E-07 8.64E-06
表1 三个维度的均值、标准差和阈值
对图像1计算其的均方误差，分别在色调、饱和度和强度的值为：4.68E-04、1.42E-04、6.62E-05；其中饱和度和亮度均大于阈值，因此判断该图像为马赛克图像。
该算法目前已经应用于北京市北康晟电子技术有限公司的机顶盒自动化测试系统。经过长时间的系统测试已经证实，基于该算法的检测系统对于马赛克的检测准确率达到99%以上，无漏检现象，同时误检率低于5%。
该算法有以下优点：1）算法复杂度适宜，能够实现每50ms采样一次的频率。根据人体的视觉暂留现象，可以模拟人工检测的频率；2）算法准确率高，能够捕获99%的错误，在长时间检测中，无漏检或者误检现象。因此，基于基准图像图片比较算法可以满足机顶盒功能测试中的马赛克图像检测的要求。
参考文献
[1][美]R C.冈萨雷斯.阮秋琦，阮宇智，等译.数字图象处理[M].2 版，北京: 电子工业出版社，2003.
【关键词】CD4511;译码驱动;逻辑功能;测试电路
引言
十进制计数器、数字钟、声控计数器等一些电子产品，在我们的日常生活随处可见，CD4511作为一种常见的BCD码―七段码译码器，被广泛地应用于这些电子产品中，用来译码驱动共阴极LED数码管。不过，在对该集成块的应用过程中，人们发现如果能理解CD4511的逻辑功能，将会给CD4511应用电路的装配、调试以及排故带来极大地益处。所以，本人在本文中，本着电路结构简单、操作简便、现象明显的原则设计并制作了一款CD4511逻辑功能测试电路。
1.CD4511简介
CD4511集成电路具有16个引脚，其引脚分布如图1所示。其引脚功能为：A、B、C、D为四位BCD码的输入端;a、b、c、d、e、f、g为七段码输出端;为灯测试端，给灯测试输入端加“L”电平时，a～g均为“H”电平，七段全亮;为消隐端，给该端加“L”电平时，a～g均为“L”电平，七段全灭;LE为锁存控制端，当给该端输入高电平时，在此之前一瞬间的A～D状态将被锁定并保持，集成电路“记忆住了”（锁存）这一瞬间的状态，同时译码输出也随之保持不变，当给该端输入低电平时，A～D输入则直接到达译码变成七段信号从a～g输出;Vcc为电源;GND为接地端。
图1 CD4511引脚分布
2.电路设计思路
2.1 设计要求
要求设计一个用于测试CD4511逻辑功能的电路，在电路装配检测无误后接入+5V电源，能对CD4511的逻辑功能进行正确测试，且输入信号控制简单，输出现象明显，便于理解CD4511的逻辑功能。
2.2 设计思路
根据设计要求，本人设计了一款CD4511逻辑功能测试电路，其电路图如图2所示。在该电路中，本人采用一个拨码开关K的断开或闭合来控制输入的二进制代码，灯测试端、消隐端、锁存控制端分别用一个开关来控制该端输入为高电平还是低电平，这样在进行CD4511逻辑功能测试时，测试者能通过简单的操作给相应的端输入高电平或低电平。电路的输出端接的是一个共阴极数码管，这种数码管由发光二极管LED排列成“日”字形状，“日”字各笔段与CD4511输出端a、b、c、d、e、f、g相对应，如图3所示，测试者就可以通过数码管上0至8的不同显示，根据笔段发光表示所对应的输出端输出高电平，反之输出低电平的原则，很容易地可以知道a、b、c、d、e、f、g七个输出端输出的是高电平还是低电平。
图2 CD4511逻辑功能测试电路
图3 半导体数码管
图4 CD4511逻辑功能测试电路实物图
表1 元件清单
代号 名称 规格型号 数量 测试结果
R2-R8 电阻 510Ω 7
R21-R27 电阻 2KΩ 7
DS 数码管 BS207 1
K1-K3 按钮开关 SW_PB_1 3
U2 集成电路 CD4511 1
S1-S4 拨码开关 DIP-4 1
3.电路测试
根据设计思路，在选择好相应元器件后制作出如图4所示的CD4511逻辑功能测试电路，其元件参数如表1所示。在电路装配完成后，经检查确认装配无误后，给电路接入+5V电源，通过设置各开关的状态，对电路进行测试。
测试过程如下：
（1）测试灯测试端。
开关K1控制灯测试端，不按K1时CD4511③脚接高电平，当只按下开关K1时，数码管显示“日”，数码管各笔段全亮。
（2）测试消隐端。
开关K2控制消隐端，不按K2时CD4511④脚接高电平，当只按下开关K2时，数码管无任何显示，数码管各笔段全灭，即“消隐”。
（3）测试锁存端。
开关K3控制锁存端，不按K3时CD4511⑤脚接低电平，电路可以计数;按下K3，⑤脚接高电平，则保持原有输入，新输入无效，即“锁存”。
（4）在锁存端为低电平、消隐端和锁存端为高电平时，根据表2测试CD4511的逻辑功能，并将输出记录于表中。从测试结果来看，在输入为“0000”～“1001”时有相应的“0”～“9”输出;而在输入为“1010”～“1111”时，无输出。
表2 CD4511逻辑功能测试
4.结束语
这款CD4511逻辑功能测试电路制作方便，测试操作简单、并且现象一目了然，能让人比较深刻地理解CD4511的逻辑功能，帮助人们理解一些电类的专业名词，如：“消隐”、“锁存”。同时，整个测试过程也利于人们对应用该集成块的电路中出现的一些故障进行分析、排除。
参考文献
[1]姜大源.职业教育课程改革思路[J].职业技术教育，2008.
[2]姜春玲，封百涛.任务驱动法在“数字电子技术”教学改革中的应用[J].中国电子教育，2009（4）.
【关键词】风力发电机；变流器；安全保护；测试
引言
长期以来风力发电机组变流器的安全保护功能测试由于其测试方法较为复杂而且在测试过程中又极易损耗变流器的各相关元器件，因此各变流器供应商一直将其作为风机的型式试验要求来做而不作为出厂试验的测试要求。而型式试验只是在有试制的新产品或定型产品做重大改进时或产品质量遇到其它特殊情况时才做，而且一般也只测试一两台，其它相同型号的产品在出厂时就不再作为强制试验项目做出厂测试了。这样变流器安全保护方面的功能在平时的生产过程中就不易受重视，容易出现质量方面的问题，而变流器安全保护功能又恰恰是关系到风机变流器生命周期至关重要的一类保护功能。
一、风机变流器安全保护功能
风机变流器的安全保护功能根据其所保护的部位及类型的不同主要分为过温保护、过 流保护、开关与熔断器故障保护、缺相保护和相序错误保护、接地保护、发电机过速/欠速保护、直流环节过电压/欠电压保护和浪涌过电压及防雷电保护。
1.过温保护，其中包括绝缘栅双极晶体管IGBT模块散热器过温、输入电抗器过温和输出电抗器的过温保护。即当变流器某关键部位温度过高时其控制器发出报警信号或停机。
2.过流保护，为变流器控制器检测到网侧及转子侧过电流时，发出报警信号以及触发相应逻辑保护。
3.开关与熔断器故障保护，当主功率回路开关跳闸或主熔断器发生熔断故障时变流器控制器发出相应报警信息并触发相应逻辑保护的功能。
4.发电机过速/欠速保护，变流器通过发电机编码器传来发电机转速信号来判断其转速是否正常。当转速高于或低于一定的数值时即发出发电机过速或欠速报警信息并触发相应的保护逻辑。
（五）直流环节过电压/欠电压保护，当变流器控制器检测到直流母线电压超过或低于设定值时，即报出相应故障信息并触发相应保护逻辑。
二、风机变流器安全保护功能的测试方法
（一）过流保护过流保护包括网侧和转子侧过流保护
根据过电流采集信号的不同可分为两种情况：第一种是通过电流互感器进行模拟量的电流采样，这种较为简单，一般在测试程序中修改下调网侧及转子侧过流保护参数值，然后变流器启动运行，并网后给系统加载使网侧和转子侧电流上升至修改后的过流参数值，查看测试系统保护逻辑及故障信息是否准确即可（网侧和转子侧应分开测试）。第二种是通过数字量过电流传感器（比如霍尔元件）进行数字量过电流信号的采集。由于数字量过电流传感器的电流保护值是不能修改的，因此需通过并网加载加电流测试使过电流传感器置“1”的方式试验，显然这是一种带有一定破坏性的试验方法，容易损伤变流器的某些元器件，所以作为出厂测试一般可以省略并网加载环节，而采用直接断开连接过电流传感器信号线的方式测试，然后查看测试系统故障信息及保护逻辑动作是否准确即可。这种测试方法就是有不能验证过电流传感器本身是否符合要求的缺陷，但至少验证了过电流安全保护的其它所有功能，增加了该功能的出厂验证测试面，提高了可靠性。
（二）开关与熔断器故障保护
1.主功率回路开关故障安全保护功能测试：一般主功率回路开关的故障有触点烧毁、脱扣器损坏、操作机构损坏、过载线圈烧毁等等。当开关出现故障时，其自身会有一个数字量故障信号节点动作，此信号节点外接至变流器控制系统。为了安全的测试出此项的全部功能，主功率回路开关故障安全保护功能测试可分成两部分测试，即主功率回路开关故障测试部分和变流器控制系统响应部分。主功率回路开关故障可在变流器不通电的情况下测试，人为给主开关一个故障，然后用万用表电阻挡测量故障信号节点是否变化，变化为符合要求。变流器控制系统响应部分测试要先给变流器送控制电源，然后人为将连接主功率开关故障信号节点的信号线在主开关接线排上短接，待测试系统报出相应故障信息及触发相应保护逻辑即视为该安全保护功能测试通过。
2.熔断器故障安全保护功能测试：变流器主熔断器熔断后其辅助熔断器也跟着一起熔断并触发相故障开关量节点（微动开关），变流器控制系统接收到此熔断器熔断故障节点信号反馈后报出相应故障信息并触发相应保护逻辑。由于主熔断器的额定电流值要比辅助熔断器大很多，只要目击检查若辅助熔断器熔断后其微动开关是否能随之触发即可。微动开关的检查可以人为拨动其微动挡块听其分合动作声音是否清脆，或者用万用表电阻挡测量其节点是否有通断状态即可。相应变流器控制系统响应部分的测试同样要先给变流器送上控制电源，然后人为拨动其微动开关的微动挡块，测试系统报出相应故障信息及触发相应保护逻辑即可视为此功能测试通过。
3.缺相保护及相序错误保护缺相安全保护功能测试及相序错误安全保护功能测试分为总网侧、定子侧及转子侧三个变流器主电路进出线位置的安全保护功能测试。
（1）总网侧进线缺相及相序错误安全保护功能测试：这个测试的方法较为简单，缺相保护测试是在总网侧送电之前先将其三相进线接成二相进线，在并网接触器及励磁接触器主触头未闭合的情况下给总网侧进线送电并合上主断后，给网侧送电变流器测试系统应立即报出相应故障信息并触发相应保护逻辑（按照A、B、C三相分别做一次测试）。相序错误保护测试则是在总网侧送电之前将三相网侧进线相序人为接反，然后在并网接触器及励磁接触器主触头未闭合的情况下给总网侧进线送电并合上主断后，变流器测试系统也应立即报出相应故障信息及触发相应保护逻辑，这样即可视为此项功能测试通过。
（2）定子侧及转子侧缺相及相序错误安全保护功能测试：这两个位置的测试需要分开测试，但测试方法基本相同。缺相安全保护测试首先将定子侧或转子侧三相出线改接成二相出线，然后按测试程序正常启动运行变流器，期间测试系统报出相应故障信息并触发相应保护逻辑即视为此功能测试通过（按照A、B、C三相分别做一次测试）；相序错误安全保护测试同样首先将定子侧或转子侧三相出线的相序接反，然后按测试程序正常启动运行变流器，期间测试系统报出相应故障信息并触发相应保护逻辑即视为此功能测试通过。
三、结束语
在设计风力发电机组的每一个部件时，设计工程师们考虑最多最全面的往往就是该部件自身及其对整个风机的安全保护功能方面的诸多要求。风机的安全性能也是各风电业主采购风机时的重要参考项目，其重要性不言而喻。通过上述对风电机组变流器系统各个安全保护功能测试方法的详细分析和描述，使读者基本了解了该安全保护功能测试方法的工作原理及将其作为出厂试验项目的必要性；同时对变流器系统本身及风电机组的其它工作系统的安全保护功能测试方法提供了一种新的思路，在其实际的出厂常规测试应用中亦具有一定的指导意义。
【关键词】功能；测试；应用；推广
一、企业概况
乌海电业局现有31座变电站，220kV变电站有8座，为了应对越来越多的巡视设备及实际工作的复杂性、繁琐性、还有巡视人员实行集控后每天要对十几个变电站进行巡视的特殊性，根据实际需求，我局为220kV黄河变电站、卧龙岗变电站、宝山变电站配置多功能测试仪，以便提高对人工巡检的质量，简化巡视流程，提高工作效率。具体需求如下：
（1）由于新设备属于多功能，按键多而复杂，很多巡视人员并未接触过，需要进行专门的培训，请相关厂家人员来详细说明。
（2）由于该设备属于电池供电，废旧电池对环境影响较大，希望能进行供电部分改进，使之变成可充电式的且安全达标的设备。
（3）直流系统的检查和测试一般有相关专业人员进行，我处虽然有了测试设备，还需要先关专业人员进项指导培训，以避免错误的测试导致直流问题的发生。
二、项目分析
根据上述需求，结合实际使用的实际情况，我们做了以下分析：对巡视人员进行相关培训，实现对多功能测试仪的熟练应用，及对测试工作的安全可靠性；对多功能测试仪的可靠改造，如何结合现场实际情况，做到用合理的方式手段实现快速的、准确的现场测量。
三、方案设计原则
根据项目需求的具体情况，我们在设计中应遵循下列原则：
（1）先进性原则
采用先进的设备，选用先进的测试方法，使该巡视测量技术在今后一定时期内保持先进性。
（2）开放性原则
对多功能测试仪的应用不要拘泥于说明性，在日常巡视中面对多变的复杂的巡视工作灵活的应用设备，使该设备在变电站巡视中起到更大的作用。
（3）安全性原则
对于设备的使用：保证测试方法的合理性和测试手段的可靠性。
（4）使用的熟练性
对设备电池改造的可行性进行综合分析，通过长期反复验证，保证达到安全要求。
（5）灵活性
在实际应用中不恪守陈规，对于不同形势下的巡视灵活使用仪器，发挥它的多功能的强大性。
四、项目方案
1、方案总述
针对本方案最大的问题：对设备的应用及相关测试方法不能熟练掌握，相关知识不足，应根据实际情况，首先请厂家对我们的仪器进行讲解，了解他的相关使用方法，然后要通过对变电站的各种实际需求，结合实际工作经验，并在相关专业人员的帮助下，模拟出不同的可能出现的实际场景，总结出最好的，简便的测试方法，并反复演练，达到对多功能测试仪的熟练上手，并在实际使用中不断完善。
2、方案的优势
真正实现设备的利用价值，提高设备利用率；培养职工的探索，创新精神，提高工作积极性；熟悉现场的实际情况，帮助青年员工成长；减少同类功能或单一功能设备的采购，减少经费；在实际中摸索，减少研究经费和试验设备投入。
3、产品简介
多功能测试仪是将示波器、任意波发生器、标量网络分析仪、失真仪、高斯计、功率计、频率计、万用表、程控电源、合成信号源这十种仪器模块集成在一个系统中的仪器，系统中的每个仪器模块不仅能够单独工作，而且多个模块也可以同时工作，能够满足多种测试需求，适合电子装备及仪器现场测试维护及其他电子领域的应用，尤其在外场条件下的电子装备抢修和紧急故障的排查，比多种类型的通用测试仪表将具有更好的测试能力，可有效解决外出巡检时多种仪表携带不便的困难，也可有效解决基层修理室多种仪表缺乏的问题，提高了工作效率，和对电子装备的保障能力。
4、产品技术特点
导通测试：可使用测试键锁定功能选择蜂鸣进行瞬间提示。
绝缘测试：3个测试电压250V/500V/1000V，自动放电功能可确保测试后的回路安全。
回路电阻测试：反跳脱ATT技术可进行高精确度回路测试和快速测试以避免RCD跳脱。
PSC/PFC测试：自动计算和显示短路电流（PSC）和预期故障电流（PFC）。
PCD测试：可进行非常全面的RCD测试。
接地测试：使用传统的电压-安培方法连接2个辅助接地棒，无需外部电源。
相位测试：可检测三相系统的相位旋转并清晰显示相序。
电压测试：除了电压测试以外，可测试被测电压的频率。
五、成果具体实施及效果
乌海海南各220kV变电站测试案例
1、培训：厂家的到来，让我们明白了多功能测试仪的使用方法，同时通过举一反三的方法，大家开始不断自我摸索相关设备，提高了设备认知率。
2、探索：在模拟现场的过程中，大家提出来不同的情况，很多是大部分员工没有经历的，通过相互交流，增加了员工的工作经验，和面对复杂现场的应对方法。
3、创新：在电池改造环节，大家积极踊跃，通过各种方法进行试验，并吸取失败经验，通过多方测试，不断改进，择优而用的法案采集，实现了电池使用长时间、可充电、循环利用率高的新型供电方式。
4、应用：在实际应用中大家通过日常巡视，并在各种恶劣天气下的实际测量问题，反复论证，不断改进测试方法，听过交流应用，提高了巡视人员面对复杂多面的特殊天气、特殊情况下的巡视应变能力。
经过半年多的培训及实施应用，多功能测试仪在变电站中实现了普及应用，在测量，保护接地预防，缺陷提早发觉，实际数据的收集起到了很大的作用，提高了工作效率，同时在实际应用中不断发现问题，解决问题，让员工真正把工作当做快乐的事情来做。
购物车(0)
