０ 引 言
繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)變電站的主要設(shè)備，繼電保護(hù)裝置的性能直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行，裝置要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性，裝置功能類型多且計(jì)算邏輯復(fù)雜，在對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，繼電保護(hù)產(chǎn)品板卡的硬件性能測(cè)試是一項(xiàng)重要內(nèi)容，直接關(guān)系到裝置運(yùn)行的安全性和可靠性，因此針對(duì)繼電保護(hù)裝置硬件的測(cè)試要**、可靠，高效。
目前針對(duì)繼電保護(hù)裝置硬件測(cè)試，市場(chǎng)上大部分的做法是通過人工方式對(duì)裝置進(jìn)行逐個(gè)測(cè)試，每測(cè)試一個(gè)裝置，需要手工搭建回路一次，手工連接功放箱一次，這種傳統(tǒng)的手工測(cè)試具有以下不足：１）每測(cè)試一塊板卡都要重新接線，重新連接功放箱一次，操作繁瑣，容易出錯(cuò)；２）邏輯功能測(cè)試時(shí)每測(cè)試一次都要重新編輯測(cè)試內(nèi)容，操作重復(fù)性高；３）每做完一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目都需要人工查看結(jié)果，人力成本較高；４）對(duì)測(cè)試人員的電氣知識(shí)技能水平也有一定要求。另外對(duì)于智能繼電保護(hù)裝置的功能測(cè)試較為復(fù)雜化，很多功能無法手工測(cè)試，給繼電保護(hù)裝置測(cè)試帶來了很大挑戰(zhàn)?？偠灾瑐鹘y(tǒng)的裝置板卡測(cè)試效率低下，可靠性不高。因此迫切需要一種新的方法來改善繼電保護(hù)裝置板卡測(cè)試的問題。
本文針對(duì)目前市場(chǎng)上繼電保護(hù)裝置單板硬件手工測(cè)試效率不高的現(xiàn)象，提供了一種繼電保護(hù)裝置單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)中通信、軟硬件等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
１ 系統(tǒng)架構(gòu)
目前繼電保護(hù)裝置板卡硬件測(cè)試項(xiàng)目包括有：開入、開出、直流／交流 ＡＤ、光口、電口、以太網(wǎng)、光電 Ｂ碼、光纖通道、液晶、鍵盤、ＮＯＲＦＬＡＳＨ、ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ、ＲＴＣ實(shí)時(shí)時(shí)鐘、測(cè)溫、２４Ｖ 對(duì)時(shí)開入、ＩＯ 總 線、擴(kuò) 展 總 線、ＳＤ ＭＭＣ卡、ＩＩＣ擴(kuò)展總線等３０多種項(xiàng)目，測(cè)試項(xiàng)目種類多，范圍廣。
單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠針對(duì)繼電保護(hù)裝置的不同類型單板實(shí)現(xiàn)全部硬件性能的一鍵自動(dòng)測(cè)試，有效提高了測(cè)試效率。
如圖１所示，繼電保護(hù)裝置單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括 ＰＣ工控機(jī)、單板測(cè)試儀、被測(cè)機(jī)箱，其中被測(cè)機(jī)箱設(shè)置專用卡槽，方便連接被測(cè)單板和輔助測(cè)試板卡。ＰＣ安裝的測(cè)試軟件工具用于板卡測(cè)試用例的編輯、測(cè)試命令下發(fā)及測(cè)試信息管理。輔助測(cè)試板卡包括有 ＦＰＧＡ 輔助板、ＣＰＵ 輔助板以及單板轉(zhuǎn)接卡，可用于連接被測(cè)單板，對(duì)被測(cè)單板發(fā)送命令及接收單板回復(fù)信息，測(cè)試時(shí)被測(cè)板卡直接插入輔助測(cè)試機(jī)箱卡槽即可，卡槽與輔助機(jī)箱內(nèi)部連接，方便進(jìn)行后續(xù)的開出、交直流等測(cè)試。單板測(cè)試儀設(shè)置有與測(cè)試機(jī)箱背板形狀相適應(yīng)的電連接器，測(cè)試儀的一側(cè)通過網(wǎng)口與 ＰＣ相連，另一側(cè)通過電連接器與測(cè)試機(jī)箱進(jìn)行連接，能夠?qū)?ＰＣ工控機(jī)發(fā)出來的報(bào)文和命令進(jìn)行接收并分類處理，并且將被測(cè)裝置回復(fù)的信息進(jìn)行判斷和計(jì)算，將結(jié)果回復(fù)給上位機(jī)。
繼電保護(hù)裝置單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)如圖１所示，測(cè)試步驟如下：
１）ＰＣ工控機(jī)首先進(jìn)行用戶登錄驗(yàn)證，編輯生成測(cè)試配置文件，被測(cè)裝置類型匹配后，發(fā)送測(cè)試配置命令給單板測(cè)試儀；
２）單板測(cè)試儀端接收到 ＰＣ發(fā)送過來的信息后進(jìn)行解析處理，對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行歸類處理，測(cè)試對(duì)象按照有測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)文類型、無測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)文類型分別進(jìn)行相關(guān)處理，當(dāng)信息不屬于處理機(jī)制范圍內(nèi)，向 ＰＣ機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)；
３）被測(cè)機(jī)箱輔助板接收到測(cè)試儀發(fā)送的命令后進(jìn)一步處理，并根據(jù)測(cè)試用例類型分別操作，例如光纖通信功能，輔助板循環(huán)輸出光纖通道數(shù)據(jù)幀信號(hào)，被測(cè)板卡接收到測(cè)試指令，讀取光纖通道數(shù)據(jù)幀信息，并通過光纖通道反回到測(cè)試儀。測(cè)試儀判斷測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試信息反饋給測(cè)試儀，測(cè)試儀根據(jù)反饋的信息進(jìn)行結(jié)果判斷，并將數(shù)據(jù)返回給ＰＣ機(jī)。
４）ＰＣ機(jī)接收到測(cè)試結(jié)果后通過上位機(jī)軟件將結(jié)果保存下來，依次再進(jìn)行下一個(gè)功能測(cè)試，重復(fù)步驟２）、３），直到測(cè)試完畢，*終的測(cè)試結(jié)果根據(jù)生成ＰＤＦ報(bào)告文件保存起來。
２ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
２．１ 系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)
單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，自動(dòng)測(cè)試軟件通過測(cè)試儀及輔助測(cè)試板卡對(duì)被測(cè)單板進(jìn)行控制。為了滿足單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中單板測(cè)試種類多，接口復(fù)雜、范圍廣的需求，必須解決自動(dòng)測(cè)試軟件、單板測(cè)試儀、輔助測(cè)試板卡和被測(cè)板卡的通信接口問題。
單板測(cè)試儀以嵌入式平臺(tái)作為底層驅(qū)動(dòng)，ＰＣ工控機(jī)與單板測(cè)試儀之間的通信、單板測(cè)試儀與被測(cè)裝置之間的通信全部采 用 ＵＤＰ 通 信，命 令 交 互 與 通 訊 狀 態(tài) 測(cè) 試 互 不影響。
測(cè)試儀ＩＯ 插件采用擴(kuò)展總線交換數(shù)據(jù)方式進(jìn)行讀寫。被測(cè)單板與 ＦＰＧＡ 輔助板之間用命令數(shù)據(jù)交換接口，命令和數(shù)據(jù)格式一樣。以開入測(cè)試為例，首 先 ＰＣ 下 發(fā) 控 制 命令進(jìn)入開入測(cè)試模式，測(cè)試儀將此命令轉(zhuǎn)發(fā)給被測(cè)板。ＰＣ將測(cè)試案例整合后隨即發(fā)出，測(cè)試儀接收到測(cè)試案例后由輔助測(cè)試板輸出測(cè)試電信號(hào)，同時(shí)向測(cè)試板轉(zhuǎn)發(fā)開入測(cè)試指令，測(cè)試板開始按照要求進(jìn)行依次測(cè)試。
２．２ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
如圖２所示，整個(gè)測(cè)試過程中 ＰＣ 工控機(jī)進(jìn)行通信命令和測(cè)試任務(wù)下發(fā)，單板測(cè)試儀在獲取通信服務(wù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，從報(bào)文中獲取測(cè)試類型、測(cè)試方法要求，測(cè)試參數(shù)等，并根據(jù)測(cè)試類型進(jìn)行分類處理，不同類型的測(cè)試使用不同邏輯及接口分別于被測(cè)機(jī)箱進(jìn)行通信交互。
對(duì)于繼電保護(hù)板卡的硬件性能，需要測(cè)試的項(xiàng)目種類較多，單一的軟件處理流程無法滿足所有的硬件測(cè)試。根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目分為以下兩種測(cè)試方式：
１）如果是開入、開出、Ｂ碼等測(cè)試項(xiàng)目時(shí)系統(tǒng)判定測(cè)試儀為主動(dòng)測(cè)試模式。主動(dòng)測(cè)試模式里還細(xì)分為有數(shù)據(jù)報(bào)文類型和無數(shù)據(jù)報(bào)文類型兩種。
當(dāng)測(cè)試信息屬于有數(shù)據(jù)報(bào)文類型時(shí) ，進(jìn) 入 報(bào) 文 處理 ，將結(jié)果輸入到被測(cè)裝置機(jī)箱輔助板中 ，當(dāng) 判 定 信 息屬 于 無 數(shù) 據(jù) 報(bào) 文 類 型 時(shí) ，直接向被測(cè)裝置機(jī)箱輔 助 板轉(zhuǎn) 發(fā) ，當(dāng) 信 息 不 屬 于 處 理 機(jī) 制 范 圍 內(nèi) ，向 ＰＣ 機(jī) 發(fā) 送 報(bào)警 信 號(hào) 。
無數(shù)據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度是固定的，系統(tǒng)按照自定義標(biāo)識(shí)進(jìn)行測(cè)試類型判別，例如：通 信 連 接（‘ｌｎｋ’）、全 面 測(cè) 試（‘ｆｌｔ’）、通信 壓 力 測(cè) 試 （‘ｃｐｔ’）、通 道 測(cè) 試 （‘ｍｆｔ’）、停 止 測(cè) 試（‘ｓｔｐ’）、測(cè)試結(jié)束（‘ｅｎｄ’）等，報(bào)文中包含測(cè)試項(xiàng)目名稱、測(cè)試方法、測(cè)試模式、測(cè)試等待時(shí)間、測(cè)試發(fā)送報(bào)文、測(cè)試發(fā)送端口、測(cè)試次數(shù)等內(nèi)容。
有數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文訪數(shù)據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度不固定，數(shù)據(jù)組幀如表１所示，報(bào)文中開始和結(jié)束為固定字符，ｉｄｘ保留未用，長(zhǎng)度不夠的使用＃補(bǔ)齊。輔助測(cè)試板處理３種命令，分別是裝置連接確認(rèn)命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｌｎｋ＃０００ｄｅ）、測(cè)試結(jié)束命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｅｎｄ＃０００ｄｅ）、開始 ｄｅｖ項(xiàng)目測(cè)試命令（ｄｓｄｅｖ＃＃ｓｔａ＃０００ｄｅ）。Ｄｅｖ內(nèi) 容 不 固 定，可 依 次 選 取 ｅｔｈ（以 太網(wǎng)）、ｄｔｔ（測(cè)溫芯片）、ｄｉｎ（開入）、ｄｏｕｔ（開出）等測(cè)試項(xiàng)。
如圖３所示，以開入測(cè)試為例，測(cè)試儀向待測(cè)板卡轉(zhuǎn)發(fā)“進(jìn)入開入測(cè)試模式”命令的同時(shí)驅(qū)動(dòng)開出插件進(jìn)入“開出指定通道”命令；待測(cè)板卡自檢開入前端子的狀態(tài)，向測(cè)試儀上送“開入狀態(tài)應(yīng)答”報(bào)文；測(cè)試儀將“開入狀態(tài)應(yīng)答”報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行測(cè)試并且上送結(jié)果從而完成本路開入通道的測(cè)試。
２）如果測(cè)試項(xiàng)目為光口、電口時(shí)，測(cè)試儀處于被動(dòng)測(cè)試模式。以光口測(cè)試為例，當(dāng)測(cè)試儀收到上位機(jī)發(fā)出的“光口測(cè)試模式”命令后直接將此命令報(bào)文發(fā)送給待測(cè)板卡中，待測(cè)板卡對(duì)報(bào) 文 進(jìn) 行 解 析，先 自 檢 本 光 口 情 況，通 過 ＦＰＧＡ輔助測(cè)試板，自動(dòng)完成光口測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果反饋給測(cè)試
儀，測(cè)試儀直接將“開出結(jié)果反饋”報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)。
３ 系統(tǒng)工裝設(shè)計(jì)
單板測(cè)試儀內(nèi)設(shè)置與被測(cè)板卡接口形狀相適應(yīng)的電連接器，其一側(cè)的連接端子通過網(wǎng)口接線連接 ＰＣ工控機(jī)，另一側(cè)的插針航插和待測(cè)板卡背板接線端子對(duì)應(yīng)插配連接。輔助測(cè)試機(jī)箱內(nèi)部設(shè)有滑軌，滑軌上設(shè)有滑動(dòng)平臺(tái)，滑動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有用于安裝被測(cè)板卡的卡槽，滑動(dòng)平臺(tái)配備有一個(gè)驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)平臺(tái)沿滑軌移動(dòng)的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝置。為了滿足被測(cè)板卡的種類多且接口多樣化的要求，輔助測(cè)試機(jī)箱的插針航插使用插接方法固定，測(cè)試時(shí)可根據(jù)需要選擇適用
插針。單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)工裝能夠滿足多種類型板卡的硬件測(cè)試需求。
４ 測(cè)試界面設(shè)計(jì)
位于 ＰＣ機(jī)中的自動(dòng)測(cè)試工具主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試用例庫選擇、測(cè)試項(xiàng)目管理、測(cè)試用例和測(cè)試方案的讀取，測(cè)試過程監(jiān)視，測(cè)試結(jié)果分析和處理，測(cè)試報(bào)告生成及保存等功能。不同類型板卡的不同測(cè)試可通過項(xiàng)目勾選的方式通過加載獨(dú)立的 ＸＭＬ配置文件進(jìn)行選擇。每次測(cè)試的項(xiàng)目及參數(shù)可保存在測(cè)試用例庫中，下次測(cè)試時(shí)打開即可，測(cè)試結(jié)果也會(huì)自動(dòng)上傳到測(cè)試系統(tǒng)，方便分析硬件缺陷。此方法能夠大大提高測(cè)試效率。軟件功能模塊結(jié)構(gòu)如圖４所示，
主要包括以下功能模塊：
１）用戶管理：包括用戶登錄驗(yàn)證、用戶注銷、密碼設(shè)置；
２）通道測(cè)試：向被測(cè)板發(fā)送通道測(cè)試命令；
３）通信壓力測(cè)試：向被測(cè)板發(fā)送通信壓力測(cè)試命令；
４）**測(cè)試：向被測(cè)板發(fā)送**測(cè)試命令；
５）測(cè)試報(bào)告生成：將測(cè)試結(jié)果信息按規(guī)定格式保存為ＰＤＦ文件；
６）測(cè)試報(bào)告展示：根據(jù)二維碼找到本地保存的對(duì)應(yīng)的報(bào)告文件并按規(guī)定格式展示
７）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，并將參數(shù)保存到配置文件中。
５ 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)案例
以線 路 保 護(hù) 裝 置 ＮＰＵ８１０３ 板卡為例進(jìn)行硬件自 動(dòng)測(cè)試。
首先從測(cè)試用例庫中選擇 ＮＰＵ８１０３用到的配套ＸＭＬ文件，自動(dòng)測(cè)試工具自動(dòng)生成測(cè)試用例項(xiàng)，如圖５所示。
開始測(cè)試時(shí) ＰＣ測(cè)試工具按照測(cè)試用例集依次向測(cè)試儀發(fā)送約定好的控制命令及參數(shù)，測(cè)試儀端根據(jù)信息進(jìn)行解析處理，通過電連接器與被測(cè)機(jī)箱輔助板對(duì)板卡進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試。測(cè)試完畢后測(cè)試儀判斷測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試信息反饋給測(cè)試儀，測(cè)試儀根據(jù)反饋的信息進(jìn)行結(jié)果判斷，并將數(shù)據(jù)返回給 ＰＣ機(jī)，生成測(cè)試報(bào)告如圖６所示。
６ 結(jié) 論
單板硬件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)的公司的板卡生產(chǎn)車間的檢測(cè)部門得到應(yīng)用，板卡的測(cè)試效率得到明顯提高，原 來需要１５個(gè)人組成的硬件測(cè)試流水線團(tuán)隊(duì)完成１ｈ的板卡測(cè)試數(shù)量，現(xiàn)在只需要一個(gè)人３ｍｉｎ即可完成，而且?guī)缀鯖]有測(cè)試遺漏現(xiàn)象。
繼電保護(hù)單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)用于對(duì)繼電保護(hù)裝置的單板硬件自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試對(duì)象范圍廣泛，包括單板開入、開出、直流／交流 ＡＤ等，測(cè)試完成后能夠顯示測(cè)試結(jié)果信息。單板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括 ＰＣ工控機(jī)、單板測(cè)試儀、輔助測(cè)試機(jī)箱和被測(cè)單板。ＰＣ工控機(jī)用于測(cè)試用例的編輯、測(cè)試命令下發(fā)及測(cè)試信息管理；單板測(cè)試儀用于測(cè)試解析測(cè)試命令、測(cè)試報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)及與被測(cè)裝置的連接；輔助測(cè)試機(jī)箱用于連接被測(cè)單板，對(duì)被測(cè)單板發(fā)送命令及接收單板回復(fù)信息。本文系統(tǒng)還提供了 ＰＣ工控機(jī)與單板測(cè)試儀連接通信的方法，命令交互與通訊狀態(tài)測(cè)試互不影 響，可 使 用 同 一 ＵＤＰ實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可根據(jù)兩種不同類型的報(bào)文數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分別處理，有效提高了測(cè)試效率。
