一種電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)及工作方法，所述系統(tǒng)包含具有投影設(shè)備的教員機、與教員機通信連接的學員機，所述學員機包括下位機及電壓互感器檢測仿真臺，所述電壓互感器檢測仿真臺包括控制機、與控制機連接的各個電壓互感器測試用的模擬器。利用本系統(tǒng)，教員進行講解后，可對學員進行電壓互感器實驗連接。本發(fā)明的工作電壓和電流遠遠小于真實環(huán)境的電壓和電流、可以實現(xiàn)在安全工作電壓、電流下為學員電壓互感器測試的培訓提供可靠的安全保障。
【專利說明】一種電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能互感器領(lǐng)域，尤其涉及一種電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)電能計量檢定人員流動性大、知識更新慢、專業(yè)知識和工作水平參差不齊，復(fù)合型人才偏少，掌握互感器現(xiàn)場檢定技術(shù)的技術(shù)人員較少，影響了正常的檢測工作，主要是因為培訓裝置較滯后，目前多以集中理論培訓、演示實驗、書面考試以及跟現(xiàn)場一帶一等培訓方式，都存在很大的局限性，培訓效率非常低。
[0003]而且在實際環(huán)境中的培訓，由于電能計量設(shè)備具有高電壓、大電流，會對人身和設(shè)備產(chǎn)生安全隱患，限制了培訓的質(zhì)量和效率。
[0004]如果能提供一種能夠在低壓、小電流的條件下操作，且功能和外觀上完全模擬真實設(shè)備的電壓互感器培訓系統(tǒng)，那么，對電能計量檢定人員培訓時的安全操作將是十分有利的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)，包含一個教員機、若干與教員機通信連接的學員機，其中，
教員機包括上位機、與上位機連接的投影設(shè)備、電壓互感器檢測實體臺；所述上位機用于控制整個系統(tǒng)的通信，實現(xiàn)學員機的下位機參數(shù)下發(fā)、電壓互感器培訓功能；所述電壓互感器檢測實體臺包括實際升壓器、實際標準電壓互感器、實際被測電壓互感器、實際電壓負荷箱、實際校驗儀、實際調(diào)壓器；
所述學員機包含下位機、與下位機通信連接的控制機、調(diào)壓器、標準電壓互感器模擬器、被測電壓互感器模擬器、升壓器模擬器、互感器校驗儀模擬器、電壓負載箱模擬器，所述各個模擬器均與控制機連接，其中
所述電壓負載箱模擬器用于模擬真實的電壓負載箱模擬器；
所述標準電壓互感器模擬器用于模擬真實的標準電壓互感器模擬器功能；
所述被測電壓互感器模擬器用于模擬真實的被測電壓互感器的功能；
所述升壓器模擬器用于模擬真實的升壓器的功能；
所述互感器校驗儀模擬器用于模擬真實的互感器校驗儀的功能；
所述各個模擬器均具有若干模擬接線端子，所述模擬接線端子用于模擬實體的接線端子功能；
調(diào)壓器通過隔離變壓器與互感器校驗儀模擬器電源部分連接；
控制機用于各個模擬器的模擬接線端子接線情況的信號采集，并上傳給其對應(yīng)的下位機，并執(zhí)行下位機發(fā)送的控制指令；
下位機用于對控制機發(fā)送控制指令信息、接收控制機上傳信息、接收上位機對各個模擬器設(shè)定的參數(shù)，并進行信號處理與分析，將實際試驗接線情況在下位機的培訓設(shè)置電壓互感器界面上時顯示出來。
[0006]優(yōu)選的，所述控制機包括頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊；MCU模塊與頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。其中，
頭接線端驅(qū)動輸出模塊用于接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平；
尾接線端采集輸入模塊用于實現(xiàn)對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)；
極性與信號判別模塊用于實現(xiàn)信號的放大，并實現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；
RS232收發(fā)器模塊用于將尾接線端采集輸入模塊的信號傳輸至上位機或者將上位機的控制指令信息傳輸至對應(yīng)的模擬器；
MCU模塊用于控制頭接線端驅(qū)動輸出模塊驅(qū)動待判斷接線端頭，并不斷掃描尾接線端采集輸入模塊的邏輯電平信號，判斷各個模擬接線端子之間接線的通斷關(guān)系；
供電單元模塊用于向其他各模塊供電。
[0007]優(yōu)選的，所述上位機設(shè)置有培訓設(shè)置電壓互感器界面，所述界面分為電壓互感器參數(shù)設(shè)置區(qū)域、電壓互感器銘牌顯示區(qū)域、電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域；
所述電壓互感器參數(shù)顯示區(qū)域可設(shè)置各個學員機的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)，所述參數(shù)包括變比、極性、負載、等級、誤差；
所述電壓互感器銘牌顯示區(qū)，用于實時顯示各個參數(shù)的設(shè)定值；
電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域根據(jù)各個參數(shù)的設(shè)定值及時實時顯示滿載和輕載數(shù)據(jù)；
所述上位機還設(shè)置有電壓互感器校驗接線圖界面；
所述下位機設(shè)置有培訓設(shè)置電壓互感器界面，所述界面分為電壓互感器接線圖區(qū)域、監(jiān)視區(qū)區(qū)域、電壓互感器銘牌區(qū)域；
所述電壓互感器接線圖區(qū)域顯示電壓互感器未接線的接線圖，和接線后的連接圖，當學員接線正確時用黑色連線表示，接線錯誤時用紅色連線表示；
所述監(jiān)視區(qū)區(qū)域用于顯示百分表部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的百分表值、比差部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的比差值、角差部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的角差值；所述電壓互感器銘牌顯示區(qū)顯示教員設(shè)置的變比、負載、等級的數(shù)據(jù)值。
[0008]優(yōu)選的，所述學員機有六個。
[0009]所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，包含下列步驟:
步驟1:上位機加載電壓互感器校驗接線圖界面，利用投影儀投影，對學員進行教學；步驟2:上位機加載培訓設(shè)置電壓互感器界面，創(chuàng)建上位機多線程Thread、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket、NetworkStream流,為遠程發(fā)送數(shù)據(jù)做準備；如加載培訓設(shè)置電壓互感器界面成功，進行后續(xù)步驟，否則返回上位機主頁面；
步驟3:教員在上位機的電壓互感器參數(shù)設(shè)置區(qū)域?qū)Ω鱾€學員機的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)進行設(shè)置；
步驟4:下位機加載培訓電壓互感器界面時打開第一串口與實際校驗儀連接，如果成功，則進行后續(xù)步驟，否則返回下位機主頁；
步驟5:第一串口委托監(jiān)聽，實時偵聽實際校驗儀的數(shù)據(jù)；
步驟6:下位機打開第二串口與控制機連接，如果打開失敗就立即下位機主頁面，如果打開成功則進行下列步驟；
步驟7:下位機創(chuàng)建多線程Thread、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket、NetworkStream流，為遠程接收數(shù)據(jù)做準備，創(chuàng)建第二串口委托監(jiān)聽，實時偵聽控制機發(fā)送的數(shù)據(jù)；
步驟8:上位機將參數(shù)數(shù)據(jù)通過NetworkStream流發(fā)送給每個學員機,倉Il建的上位機多線程Thread對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控；
步驟9:下位機用其創(chuàng)建的多線程Thread對參數(shù)數(shù)據(jù)進行接收并顯示參數(shù)數(shù)據(jù)，當教員機再次發(fā)送數(shù)據(jù)時，該多線程Thread能實時監(jiān)控到并再次接收數(shù)據(jù)；
步驟10:下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)區(qū)域用第二串口的委托監(jiān)聽監(jiān)控控制機發(fā)送的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)不一樣時用int[] number2 = new int[48]接收數(shù)據(jù)，并用string的Split ()方法分解數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，用劃線的方式實時顯示各個模擬器接的每一根線；
步驟11:當下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)的所有接線成功后，下位機啟用多線程Thread,用NetworkStream流發(fā)送從上位機得到的參數(shù)數(shù)據(jù)；
步驟:12:學員對電壓互感器進行校驗，手動調(diào)節(jié)調(diào)壓器，實際校驗儀根據(jù)學員機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理顯示，并向?qū)W員機發(fā)送百分表每一點的詳細數(shù)據(jù)；
步驟13:下位機啟用第一串口的委托監(jiān)聽，當偵聽到實際校驗儀緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時，下位機接收數(shù)據(jù)，進行校驗，校驗失敗直接拋棄數(shù)據(jù)，校驗成功則儲存數(shù)據(jù)，達到接收數(shù)據(jù)目的；
步驟:14:分解數(shù)據(jù)，得到百分表、比差、角差數(shù)據(jù)，達到顯示實際校驗儀數(shù)據(jù)目的。
[0010]優(yōu)選的，步驟13中，下位機對接收到的數(shù)據(jù)采取奇偶，包頭0x55、包大小的校驗方式，校驗成功用數(shù)組int[] number = new int[48]存儲數(shù)據(jù)。
[0011]優(yōu)選的，在步驟9中，所述下位機顯示變比、負載、等級三個參數(shù)的數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)選的，在步驟3中，當所有參數(shù)數(shù)據(jù)均設(shè)定后，上位機的加載培訓電壓互感器界面的電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域顯示設(shè)定后的數(shù)據(jù)，否則不顯示。
[0013]優(yōu)選的,上位機當下位機偵聽到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket變化時,下位機再次接收數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)，分解數(shù)據(jù)，更新百分表、角差、比差數(shù)據(jù)，達到實時及時更新百分表、角差、比差數(shù)據(jù)目的。
[0014]優(yōu)選的，下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)區(qū)域中，各個模擬器接線正確時用黑色連線表示，接線錯誤時用紅色連線表示。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明采用計算機實時仿真，最大限度模擬電壓互感器模擬檢定的現(xiàn)場工作環(huán)境，提供了在設(shè)備外觀、功能完全仿真實物的標準電壓互感器模擬器、被測電壓互感器模擬器、互感器校驗儀模擬器、升壓器模擬器、電壓負載箱模擬器，整個系統(tǒng)的工作電壓和電流遠遠小于真實環(huán)境的電壓和電流、可以實現(xiàn)在安全工作電壓、電流下為學員提供電壓互感器的培訓提供可靠的安全保障。
[0016]本發(fā)明的控制機完全滿足標準電壓互感器檢定接線模擬系統(tǒng)或其他類似的仿真培訓系統(tǒng)的技術(shù)要求，能實現(xiàn)全電子化，實時地、準確地判斷模擬接線的通斷狀態(tài)，并及時地、不斷地將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給下位機作接線的對錯判斷等進一步處理。
[0017]下位機可以對各個模擬器的模擬接線接線端子進行試驗接線判斷，并在計算機上能將實際試驗接線情況顯示出來，最大限度的激發(fā)學員對現(xiàn)場工作的理解力和實際操作能力，迅速提高學員操作技能，具有較強的生產(chǎn)實際意義。
[0018]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖2為學員機的組成框圖。
[0020]圖3為標準電壓互感器模擬器的原理框圖。
[0021]圖4為被測電壓互感器模擬器的原理框圖。
[0022]圖5為電壓負載箱模擬器的原理框圖。
[0023]圖6為升壓器模擬器的原理框圖。
[0024]圖7為互感器校驗儀模擬器的原理框圖。
[0025]圖8為控制機原理模塊圖。
[0026]圖9為控制機的軟件原理框圖。
【具體實施方式】:
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由I套教員機、6套學員機、太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，其中教員機是整個系統(tǒng)的通信控制主機，同時還作為實驗室校驗互感器的實際檢測平臺；學員機就是功能完全仿真現(xiàn)場的互感器模擬檢定裝置。
[0027](一)教員機:
教員機包括上位機、與上位機連接的投影設(shè)備、電壓互感器檢測實體臺；所述上位機用于控制整個系統(tǒng)的通信，實現(xiàn)學員機的下位機參數(shù)下發(fā)、電壓互感器培訓功能；所述實體臺包括實際升壓器、實際標準電壓互感器、實際被測電壓互感器、實際電壓負荷箱、實際校驗儀、實際調(diào)壓器。
[0028]上位機控制整個系統(tǒng)的通信，實現(xiàn)學員機參數(shù)下發(fā)、互感器基礎(chǔ)知識教學等功能，還可結(jié)合電壓互感器檢測實體臺進行實體的互感器誤差校驗。因此，教員機是整個系統(tǒng)的通信控制主機，同時作為實驗室校驗互感器的實際檢測平臺。
[0029]在“培訓”狀態(tài)時，上位機可以調(diào)出電腦中本身有的電壓互感器校驗接線圖，利用投影儀投影，對學員進行教學；所述電壓互感器校驗儀接線圖顯示正確連接的各個模擬器的接線情況。
[0030]學員接受教學會自己進行接線練習，并收教員機監(jiān)控。在學員練習自行接線的情況下，所述上位機設(shè)置有培訓設(shè)置電壓互感器界面，所述培訓設(shè)置電壓互感器界面分為電壓互感器參數(shù)設(shè)置區(qū)域、電壓互感器銘牌顯示區(qū)域、電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域；
所述電壓互感器參數(shù)顯示區(qū)域可設(shè)置各個學員機的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)，所述參數(shù)包括變比、極性、負載、等級、誤差；
所述電壓互感器銘牌顯示區(qū)，用于實時顯示各個參數(shù)的設(shè)定值；
電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域根據(jù)各個參數(shù)的設(shè)定值及時實時顯示滿載和輕載數(shù)據(jù)。
[0031](二)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
所述以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)各個學員機的下位機與教員機的通信。上位機與6個下位機組成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，上位機可實時調(diào)閱下位機的顯示工況，在“培訓”狀態(tài)下，上位機與投影設(shè)備組成教員專用授課講評系統(tǒng)，可以進行互感器及檢定知識的授課和培訓。
[0032](三)學員機
所述學員機包括一個計算機(下位機)及電壓互感器檢測防真臺，所述電壓互感器檢測仿真臺包括控制機、調(diào)壓器、標準電壓互感器模擬器、被測電壓互感器模擬器、互感器校驗儀模擬器、電壓負載箱模擬器、升壓器模擬器。
[0033]所述下位機設(shè)置有培訓設(shè)置電壓互感器界面，所述界面分為電壓互感器接線圖區(qū)域、監(jiān)視區(qū)區(qū)域、電壓互感器銘牌區(qū)域；
所述電壓互感器接線圖區(qū)域顯示電壓互感器未接線的接線圖，和接線后的連接圖，當學員接線正確時用黑色連線表示，接線錯誤時用紅色連線表示；
所述監(jiān)視區(qū)區(qū)域用于顯示百分表部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的百分表值、比差部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的比差值、角差部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的角差值；所述電壓互感器銘牌顯示區(qū)顯示教員設(shè)置的變比、負載、等級的數(shù)據(jù)值。
[0034]如圖2所示為下位機的原理框圖:下位機與控制機通過RS232串口連接，標準電壓互感器模擬器、被測電壓互感器模擬器、互感器校驗儀模擬器、電壓負載箱模擬器均與控制機連接。
[0035]下面對各個模擬器分別進行詳細介紹。
[0036]1.標準電壓互感器模擬器
如圖3所不,標準電壓互感器模擬器包括殼體、位于殼體內(nèi)的電壓互感器,位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0037]下面分別進行詳細介紹。
[0038]a.電壓互感器
所述位于殼體內(nèi)的電壓互感器由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心和絕緣組成。其工作原理與變壓器基本相同，當在一次繞組上施加一個電壓Ul時,在鐵心中就產(chǎn)生一個磁通Φ，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，則在二次繞組中就產(chǎn)生一個二次電壓U2。改變一次或二次繞組的匝數(shù)，可以產(chǎn)生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。電壓互感器將高電壓按比例轉(zhuǎn)換成低電壓，即100V。
[0039]b.模擬接線端子
模擬接線部分設(shè)置在殼體外表。如圖3中所示:模擬器一次線輸入端子標志為A、X地；二次線輸入端子標志為35KV/100V、10KV/100V、X，所述五個輸入端子直接與控制機的主板連接。根據(jù)需要，控制機可識別這五根接線的相互連接狀態(tài)。5根接線的頭端分別為:
la, 2a,..........5a。5根接線的尾端分別為:1b, 2b.........5b。也就是,上位機通過控制機要
及時準確地識別出每一個端號與其他4個端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識別的方法采用控制機MCU集成的掃描式算法。
[0040]需要說明的是，本發(fā)明可實現(xiàn)模擬變比值為35KV/100VU0KV/100V。模擬等級
0.05級，過載能力120%。
[0041 ] 上位機設(shè)定好變模擬變比值，極性、額定功率因數(shù)、額定負載、額定頻率、準確度級另|J。在設(shè)備外觀、功能完全仿真的條件下，使接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)。
[0042]2.被測電壓互感器模擬器 如圖4所示，被測電壓互感器模擬器設(shè)計原理與標準電壓互感器模擬器一樣，只是輸入端子有一點差異，一次線輸入端子標志為A、X ;二次線輸入端子標志為100V、X。
[0043]3.電壓負載箱模擬器
如圖5所不，電壓負載箱模擬器包括殼體、位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0044]模擬接線端子設(shè)置在殼體外表，功率因數(shù)為0.8時，分別模擬負載調(diào)節(jié)檔位
2.5VA、5VA、10VA、20VA、40VA，所述5個輸入端子直接與控制機的主板連接。根據(jù)需要，控制
機可識別這五根接線的相互連接狀態(tài)。5根接線的頭端分別為:1a，2a，..........5a。6根接
線的尾端分別為:1b，2b.........5b，。也就是，上位機通過控制機要及時準確地識別出每一個
端號與其他4個端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識別的方法采用控制機MCU集成的掃描式算法。
[0045]所述電壓負載箱模擬器使得接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)，能模擬過載能力120%、額定電壓:100V、功率因數(shù)為0.8，模擬器具有通信進口，能通過控制機與上位機聯(lián)機，可通過上位機設(shè)置負載檔位。
[0046]模擬真實電壓負載箱外觀，電壓負載箱模擬器外觀與真實電壓負載箱外觀完全一致，其中電壓負載箱模擬器面板上的接線柱也和真實電壓負載箱一樣。達到與現(xiàn)場測試環(huán)境一致的效果。
[0047]4.升壓器模擬器
如圖6所示，升壓器模擬器包括殼體、位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0048]模擬接線端子有4個，兩個一次線輸入端子標志為50KV、X地；二次線輸入端子標志為220V、土，所述4個輸入端子直接與控制機的主板連接。根據(jù)需要，控制機可識別這5
根接線的相互連接狀態(tài)。5根接線的頭端分別為:1a，2a，..........4a。5根接線的尾端分別
為:1b，2b.........4b。也就是，上位機通過控制機要及時準確地識別出每一個端號與其他3
個端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。識別的方法采用掃描式。
[0049]所述升壓器模擬器在設(shè)備外觀、功能完全仿真的條件下，使接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)、可以實現(xiàn)在安全工作電壓下為學員升壓器的培訓考試提供可靠的安全保障。升壓器模擬器的模擬一次升電壓(T50KV，模擬過載能力120%。
[0050]模擬真實升壓器外觀，升壓器模擬器外觀與真實升壓器外觀完全一致，其中升壓器模擬器面板上的接線柱也和真實升壓器一樣。達到與現(xiàn)場測試環(huán)境一致的效果。
[0051]模擬器具有通信接口，能與上位機聯(lián)機，可通過上位機設(shè)置變比和極性、升壓值。
[0052]5.互感器校驗儀模擬器
如圖7所不,所述互感器校驗儀模擬器包括殼體、位于殼體內(nèi)的電路板,位于殼體外的若干模擬接線端子。
[0053]a.電路板
可使用現(xiàn)有互感器校驗儀模擬器電路板。當互感器校驗儀模擬器的工作電壓(或電流)回路施加試驗電壓(或電流)，差壓(或差流)回路施加誤差電壓(或電流)時，互感器校驗儀模擬器可以通過電橋線路、電子線路、或數(shù)安電路測量得到差壓(或差流)相量相對于工作電壓(或電流)相量的同相分量和正交分量，通過計算即可得到被比較的電壓(或電流)相量與工作電壓(或電流)相量的幅值比(比值差)和相位差。如果被比較的電壓(或電流)相量超前工作電壓(或電流)相量，相位差為正，滯后為負。互感器校驗儀模擬器其相量的同相分量和正交分量、負載值來自于下位機設(shè)置的值。百分表值來自于調(diào)壓器調(diào)節(jié)的大小通過互感器校驗儀模擬器取值。
[0054]b.模擬接線部分
模擬接線部分設(shè)置在殼體外表。如圖7中所示:工作電壓回路輸入端子標志為a、X ;工作電流回路輸入端子標志為To、Tx，差壓輸入端子為K、D;6根接線的頭端分別為:1a，2a，...…….5a，6a，尾端分別為:1b，2b.........5b，6b。根據(jù)需要，計算機通過控制器可識別a、X、
To、Tx、K、D六根接線的相互連接狀態(tài)。即計算機要及時準確地識別出每一個端號與其他5個端號的的關(guān)系(導(dǎo)通或斷開)。控制器采用掃描式，對接線端子逐一進行掃描。即先從Ia開始，逐一識別到6a。按照通信協(xié)議，控制機不斷將結(jié)果通過RS232接口上傳給計算機，其To、Tx、D、K、a、X等接線點試驗接線對錯信息在計算機上顯示出來。
[0055]互感器校驗儀模擬器是學員機的重要組成設(shè)備，具有實體互感器校驗儀的外觀、接線柱、面板等，從感官上與實際互感器校驗儀無異，能實現(xiàn)電流、電壓互感器極性錯誤、接線錯誤、變比錯誤、誤差超差、變差超差等仿真模擬的智能儀器。由鋁合金機箱、電路板、電源、通信串口及接線柱構(gòu)成。其外圍連接部分由計算機、控制器、調(diào)壓器、隔離變組成。220V外部電源經(jīng)過調(diào)壓器調(diào)壓后， 再經(jīng)過隔離變壓器，互感器校驗儀模擬器內(nèi)部電源電路輸入電壓變?yōu)?0V。
[0056]所述互感器校驗儀模擬器不是采用比差法進行真實誤差校驗，而是采用全虛擬的方式在下位機上進行互感器的誤差校驗、量程的選擇等模擬測試功能，按照約定的通信協(xié)議通過RS-232串口通信接口連接的計算機，其相量的同相分量和正交分量、負載值來源于上位機設(shè)置的值，百分表值來源于通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器后互感器校驗儀模擬器的取值，其比差、角差、誤差示值來源于上位機中預(yù)先賦值的數(shù)據(jù)。若額定工作電流或電壓的5%以上，誤差超過30%而小于180%時，則互感器校驗儀模擬器報警變比錯誤；若額定工作電流或電壓的5%以上，誤差大于180%時，則互感器校驗儀模擬器報警極性錯誤，從而整個模擬誤差校驗過程與下位機的設(shè)置保持同步，實現(xiàn)在30V低電壓下進行電壓互感器實驗室檢定操作培訓及考試，達到培訓、考試學員的效果。
[0057]所述調(diào)壓器通過隔離變壓器與互感器校驗儀模擬器的電源連接。
[0058]6.控制機
控制機在嵌入軟件的管理下，能實現(xiàn)全電子化，快速判斷標準電壓互感器模擬接線端子的接線情況，并可擴展到更多根導(dǎo)線的相互連接關(guān)系，并不斷地、實時地將結(jié)果上傳給下位機。
[0059]a.控制機的硬件實現(xiàn)
圖8所示為控制機原理框圖。控制機由頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊組成，MCU模塊與頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。下面對各模塊進行介紹:
頭接線端驅(qū)動輸出模塊:采用74HC374或8位鎖存器集成電路。接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平。
[0060]尾接線端采集輸入模塊:采用75HC244或8位3態(tài)門集成電路。實現(xiàn)對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)。[0061]極性與信號判別模塊:由跨導(dǎo)放大器與過零檢測電路組成?？鐚?dǎo)放大器的作用是把信號充分放大，以保證檢測的靈敏度，過零檢測電路的作用是把正弦波模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，便于MCU處理。MCU得到這些信號后，按照一定的算法，則可判斷出極性的正與反。
[0062]RS232收發(fā)器模塊:采用SP3232收發(fā)器或類似的集成模塊，通過RS232標準的通信接口將采集的數(shù)據(jù)連續(xù)實時傳輸至下位機或?qū)⑾挛粰C的控制指令信息傳輸至相應(yīng)的模擬器。
[0063]MCU模塊:采用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機芯片。MCU模塊按照單片機裝載的掃描程序通過不斷掃描采集接線端尾采集輸入模塊的邏輯電平信號，判定各個導(dǎo)線接線端子的通斷關(guān)系，同時MCU模塊還負責控制接線端頭驅(qū)動輸出模塊具體驅(qū)動哪根接線端頭。MPC82G516 A是基于80C51的高效1-T結(jié)構(gòu)的單芯片微處理器，每條指令需要廣7個時鐘信號(比標準8051快6?7倍)，與8051指令集兼容。因此在與標準8051有同樣的處理能力的情況下，MPC82G516A只需要非常低的運行速度，同時由此能很大程度的減少耗電量。
[0064]供電單元模塊:提供其他各模塊所需的工作電源。 b.控制機的軟件實現(xiàn)
圖9為該控制機的軟件原理框圖。主要分為3個步驟:程序定時掃描與初始化、接線狀態(tài)實時采集、數(shù)據(jù)實時上傳。
[0065]所述程序定時掃描結(jié)構(gòu)與初始化步驟主要實現(xiàn)程序的定時周期掃描，便于實現(xiàn)多任務(wù)管理與精確的同步，這樣保證了數(shù)據(jù)采集、通訊的可靠性。
[0066]接線狀態(tài)實時采集步驟主要實現(xiàn)掃描式驅(qū)動接線端頭、采集接線端尾的全部導(dǎo)線的整個實時采集過程。
[0067]實時數(shù)據(jù)上傳步驟是按應(yīng)用層通訊協(xié)議，將接線狀態(tài)實時采集功能模塊采集到的接線狀況轉(zhuǎn)換為下位機能識別的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給下位機。
[0068]c.控制機接線判斷方法
控制機接線判斷的具體方法和步驟如下:
步驟1:程序掃描結(jié)構(gòu)初始化后，MCU模塊發(fā)出驅(qū)動控制信號，通過頭接線端驅(qū)動模塊產(chǎn)生邏輯低電平驅(qū)動某一根導(dǎo)線的線頭端，給識別的線頭端饋以低電平，而其他線頭端均饋以高電平；
步驟2:MCU模塊采用程序掃描的方式，掃描周期小于100ms，通過尾接線端采集輸入模塊，逐一查詢其他導(dǎo)線線尾端的電平狀態(tài)，若尾接線端采集輸入模塊對應(yīng)的接線端尾端上測到的電平為低電平，說明該點與線頭連通，若測到的電平為高電平，說明該點與線頭斷開，MCU模塊將尾接線端采集輸入模塊接線端尾電平狀態(tài)全部采集一遍，這樣判斷出被驅(qū)動導(dǎo)線與其他導(dǎo)線的通斷連結(jié)關(guān)系；
步驟3:按此過程循環(huán)，頭接線端驅(qū)動模塊掃描式的快速進行驅(qū)動其余模擬導(dǎo)線的接線頭端，當全部線的頭端逐一被驅(qū)動完成后，MCU模塊就能實時地采集到全部導(dǎo)線的通斷狀況，得到全部導(dǎo)線之間的連接關(guān)系；
步驟4 =MCU模塊完成全部導(dǎo)線的通斷狀況的采集后按照通信協(xié)議通過RS232收發(fā)器模塊將導(dǎo)線通斷連接關(guān)系的結(jié)果上傳給下位機，下位機再根據(jù)標準的通斷關(guān)系與RS232收發(fā)器模塊送來的實際連結(jié)關(guān)系比較，進行接線關(guān)系對錯的判斷。至此，整個接線判斷過程結(jié)果。從采集到發(fā)送數(shù)據(jù)完成的整個周期，不大于100ms，實時采集了全部導(dǎo)線相互的連接關(guān)系O
[0069]下面對本系統(tǒng)的工作方法進行詳細說明。包含下列步驟:
步驟1:上位機加載電壓互感器校驗接線圖界面，利用投影儀投影，對學員進行教學；步驟2:上位機加載培訓設(shè)置電壓互感器界面，創(chuàng)建上位機多線程Thread、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket、NetworkStream流,為遠程發(fā)送數(shù)據(jù)做準備；如加載培訓設(shè)置電壓互感器界面成功，進行后續(xù)步驟，否則返回上位機主頁面；
步驟3:教員在上位機的電壓互感器參數(shù)設(shè)置區(qū)域?qū)Ω鱾€學員機的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)進行設(shè)置，所述參數(shù)包括變比、極性、負載(輕載)、等級、誤差值；
步驟4:下位機加載培訓電壓互感器界面時打開第一串口 serialPortl與實際校驗儀連接，如果成功，則進行后續(xù)步驟，否則返回下位機主頁；
步驟5:第一串口 serialPortl委托監(jiān)聽,實時偵聽實際校驗儀的數(shù)據(jù)；
步驟6:下位機打開第二串口 serialPort2與控制機連接，如果打開失敗就立即下位機主頁面，如果打開成功則進行下列步驟；
步驟7:下位機創(chuàng)建多線程Thread、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket、NetworkStream流，為遠程接收數(shù)據(jù)做準備，創(chuàng)建第二串口 serialP0rt2委托監(jiān)聽，實時偵聽控制機發(fā)送的數(shù)據(jù)；
步驟8:上位機將變比、極性、負載(輕載)、等級、誤差值的參數(shù)數(shù)據(jù)通過NetworkStream流發(fā)送給每個學員機,創(chuàng)建的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū),倉1J建的上位機多線程Thread對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。
[0070]需要說明的是，如果教員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)設(shè)置錯誤或有學員未登錄，可點擊取消按鈕，取消此次數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0071]步驟9:下位機用其創(chuàng)建的多線程Thread對參數(shù)數(shù)據(jù)進行接收并顯示參數(shù)并顯示其中的變比、負載、等級的參數(shù)數(shù)據(jù)，當教員機再次發(fā)送數(shù)據(jù)時，該多線程Thread能實時監(jiān)控到并再次接收數(shù)據(jù)。
[0072]步驟10:下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)區(qū)域用第二串口 serialPort2的委托監(jiān)聽監(jiān)控控制機發(fā)送的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)不一樣時用int[] number2 = new int[48]接收數(shù)據(jù)，并用string的Split ()方法分解數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)用劃線的方式能智能化的及時實時顯示學員接的每一根線，并能判斷對錯，接線正確時用黑色連線表示，接線錯誤時用紅色連線表示。
[0073]步驟11:當下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)的所有接線成功后，下位機啟用多線程Thread,用NetworkStream流發(fā)送從上位機得到的變比、極性等數(shù)據(jù)。
[0074]步驟:12:學員對電壓互感器進行校驗，手動調(diào)節(jié)調(diào)壓器，實際校驗儀根據(jù)學員機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理顯示，并向?qū)W員機發(fā)送百分表每一點的詳細數(shù)據(jù)。
[0075]步驟13:下位機啟用第一串口 serialPortl的委托監(jiān)聽，當偵聽到實際校驗儀緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時，下位機用數(shù)組byte [] b接收數(shù)據(jù)，然后進行奇偶，包頭0x55、包大小等多種方式校驗方式進行校驗，校驗失敗直接拋棄數(shù)據(jù)，校驗成功用數(shù)組int [] number = newint [48]儲存數(shù)據(jù)，達到接收數(shù)據(jù)目的。
[0076]步驟:14:分解數(shù)據(jù)，得到百分表、比差、角差數(shù)據(jù)，達到顯示實際校驗儀數(shù)據(jù)目的。[0077]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明采用計算機實時仿真，最大限度模擬電壓互感器模擬檢定的現(xiàn)場工作環(huán)境，提供了在設(shè)備外觀、功能完全仿真實物的標準電壓互感器模擬器、被測電壓互感器模擬器、升壓器模擬器、實際校驗儀、電壓負載箱模擬器，整個系統(tǒng)的工作電壓和電流遠遠小于真實環(huán)境的電壓和電流、可以實現(xiàn)在安全工作電壓、電流下為學員電壓互感器計量的培訓提供可靠的安全保障。
[0078]本發(fā)明的控制機完全滿足標準電壓互感器檢定接線模擬系統(tǒng)或其他類似的仿真培訓系統(tǒng)的技術(shù)要求，能實現(xiàn)全電子化，實時地、準確地判斷模擬接線的通斷狀態(tài)，并及時地、不斷地將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給下位機作接線的對錯判斷等進一步處理。
[0079]下位機可以對各個模擬器的模擬接線接線端子進行試驗接線判斷，并在計算機上能將實際試驗接線情況顯示出來，最大限度的激發(fā)學員對現(xiàn)場工作的理解力和實際操作能力，迅速提高學員操作技能，具有較強的生產(chǎn)實際意義。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓互感器仿真培訓系統(tǒng),其特征在于,包含一個教員機、若干與教員機通信連接的學員機，其中， 教員機包括上位機、與上位機連接的投影設(shè)備、電壓互感器檢測實體臺；所述上位機用于控制整個系統(tǒng)的通信，實現(xiàn)學員機的下位機參數(shù)下發(fā)、電壓互感器培訓功能；所述電壓互感器檢測實體臺包括實際升壓器、實際標準電壓互感器、實際被測電壓互感器、實際電壓負荷箱、實際校驗儀、實際調(diào)壓器； 所述學員機包含下位機、與下位機通信連接的控制機、調(diào)壓器、標準電壓互感器模擬器、被測電壓互感器模擬器、升壓器模擬器、互感器校驗儀模擬器、電壓負載箱模擬器，所述各個模擬器均與控制機連接，其中 所述電壓負載箱模擬器用于模擬真實的電壓負載箱模擬器； 所述標準電壓互感器模擬器用于模擬真實的標準電壓互感器模擬器功能； 所述被測電壓互感器模擬器用于模擬真實的被測電壓互感器的功能； 所述升壓器模擬器用于模擬真實的升壓器的功能； 所述互感器校驗儀模擬器用于模擬真實的互感器校驗儀的功能； 所述各個模擬器均具有若干模擬接線端子，所述模擬接線端子用于模擬實體的接線端子功能； 調(diào)壓器通過隔離變壓器與互感器校驗儀模擬器電源部分連接； 控制機用于各個模擬器的模擬接線端子接線情況的信號采集，并上傳給其對應(yīng)的下位機，并執(zhí)行下位機發(fā)送的控制指令； 下位機用于對控制機發(fā)送控制指令信息、接收控制機上傳信息、接收上位機對各個模擬器設(shè)定的參數(shù)，并進行信號處理與分析，將實際試驗接線情況在下位機的培訓設(shè)置電壓互感器界面上時顯示出來。
2.如權(quán)利要求1中所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)，其特征在于，所述控制機包括頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發(fā)器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊;MCU模塊與頭接線端驅(qū)動輸出模塊、尾接線端采集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發(fā)器模塊雙向連接。其中， 頭接線端驅(qū)動輸出模塊用于接收MCU模塊發(fā)出的驅(qū)動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平； 尾接線端采集輸入模塊用于實現(xiàn)對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態(tài)； 極性與信號判別模塊用于實現(xiàn)信號的放大，并實現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換； RS232收發(fā)器模塊用于將尾接線端采集輸入模塊的信號傳輸至上位機或者將上位機的控制指令信息傳輸至對應(yīng)的模擬器； MCU模塊用于控制頭接線端驅(qū)動輸出模塊驅(qū)動待判斷接線端頭，并不斷掃描尾接線端采集輸入模塊的邏輯電平信號，判斷各個模擬接線端子之間接線的通斷關(guān)系； 供電單元模塊用于 向其他各模塊供電。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機設(shè)置有培訓設(shè)置電壓互感器界面，所述界面分為電壓互感器參數(shù)設(shè)置區(qū)域、電壓互感器銘牌顯示區(qū)域、電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域；所述電壓互感器參數(shù)顯示區(qū)域可設(shè)置各個學員機的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)，所述參數(shù)包括變比、極性、負載、等級、誤差； 所述電壓互感器銘牌顯示區(qū)，用于實時顯示各個參數(shù)的設(shè)定值； 電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域根據(jù)各個參數(shù)的設(shè)定值及時實時顯示滿載和輕載數(shù)據(jù)； 所述上位機還設(shè)置有電壓互感器校驗接線圖界面； 所述下位機設(shè)置有培訓設(shè)置電壓互感器界面，所述界面分為電壓互感器接線圖區(qū)域、監(jiān)視區(qū)區(qū)域、電壓互感器銘牌區(qū)域； 所述電壓互感器接線圖區(qū)域顯示電壓互感器未接線的接線圖，和接線后的連接圖，當學員接線正確時用黑色連線表示，接線錯誤時用紅色連線表示； 所述監(jiān)視區(qū)區(qū)域用于顯示百分表部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的百分表值、比差部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的比差值、角差部分跟隨實際校驗儀采樣所得出的角差值；所述電壓互感器銘牌顯示區(qū)顯示教員設(shè)置的變比、負載、等級的數(shù)據(jù)值。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)，其特征在于，所述學員機有六個。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包含下列步驟: 步驟1:上位機加 載電壓互感器校驗接線圖界面，利用投影儀投影，對學員進行教學；步驟2:上位機加載培訓設(shè)置電壓互感器界面，創(chuàng)建上位機多線程Thread、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket、NetworkStream流,為遠程發(fā)送數(shù)據(jù)做準備；如加載培訓設(shè)置電壓互感器界面成功，進行后續(xù)步驟，否則返回上位機主頁面； 步驟3:教員在上位機的電壓互感器參數(shù)設(shè)置區(qū)域?qū)Ω鱾€學員機的電壓互感器的參數(shù)數(shù)據(jù)進行設(shè)置； 步驟4:下位機加載培訓電壓互感器界面時打開第一串口與實際校驗儀連接，如果成功，則進行后續(xù)步驟，否則返回下位機主頁； 步驟5:第一串口委托監(jiān)聽，實時偵聽實際校驗儀的數(shù)據(jù)； 步驟6:下位機打開第二串口與控制機連接，如果打開失敗就立即下位機主頁面，如果打開成功則進行下列步驟； 步驟7:下位機創(chuàng)建多線程Thread、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket、NetworkStream流，為遠程接收數(shù)據(jù)做準備，創(chuàng)建第二串口委托監(jiān)聽，實時偵聽控制機發(fā)送的數(shù)據(jù)； 步驟8:上位機將參數(shù)數(shù)據(jù)通過NetworkStream流發(fā)送給每個學員機,倉Il建的上位機多線程Thread對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控； 步驟9:下位機用其創(chuàng)建的多線程Thread對參數(shù)數(shù)據(jù)進行接收并顯示參數(shù)數(shù)據(jù)，當教員機再次發(fā)送數(shù)據(jù)時，該多線程Thread能實時監(jiān)控到并再次接收數(shù)據(jù)； 步驟10:下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)區(qū)域用第二串口的委托監(jiān)聽監(jiān)控控制機發(fā)送的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)不一樣時用int[] number2 = new int[48]接收數(shù)據(jù)，并用string的Split ()方法分解數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，用劃線的方式實時顯示各個模擬器接的每一根線； 步驟11:當下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)的所有接線成功后，下位機啟用多線程Thread,用NetworkStream流發(fā)送從上位機得到的參數(shù)數(shù)據(jù)； 步驟:12:學員對電壓互感器進行校驗，手動調(diào)節(jié)調(diào)壓器，實際校驗儀根據(jù)學員機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理顯示，并向?qū)W員機發(fā)送百分表每一點的詳細數(shù)據(jù)； 步驟13:下位機啟用第一串口的委托監(jiān)聽，當偵聽到實際校驗儀緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時，下位機接收數(shù)據(jù)，進行校驗，校驗失敗直接拋棄數(shù)據(jù)，校驗成功則儲存數(shù)據(jù)，達到接收數(shù)據(jù)目的； 步驟:14:分解數(shù)據(jù)，得到百分表、比差、角差數(shù)據(jù)，達到顯示實際校驗儀數(shù)據(jù)目的。
6.如權(quán)利要求5所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，步驟13中，下位機對接收到的數(shù)據(jù)采取奇偶，包頭0x55、包大小的校驗方式，校驗成功用數(shù)組int []number = new int [48]存儲數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求5所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，在步驟9中，所述下位機顯示變比、負載、等級三個參數(shù)的數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求5所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，在步驟3中，當所有參數(shù)數(shù)據(jù)均設(shè)定后，上位機的加載培訓電壓互感器界面的電壓互感器數(shù)據(jù)區(qū)域顯示設(shè)定后的數(shù)據(jù)，否則不顯示。
9.如權(quán)利要求5所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，上位機當下位機偵聽到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)maxPacket變化時，下位機再次接收數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)，分解數(shù)據(jù)，更新百分表、角差、比差數(shù)據(jù)，達到實時及時更新百分表、角差、比差數(shù)據(jù)目的。
10.如權(quán)利要求5所述的電壓互感器仿真培訓系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，步驟10中，下位機培訓設(shè)置電壓互感器界面的顯示區(qū)區(qū)域中，各個模擬器接線正確時用黑色連線表示，接線錯誤時用紅色`連線表示。
【文檔編號】G01R35/02GK103778826SQ201410009669
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】卓浩澤, 李剛, 陸超云, 龍東, 李偉堅, 龍偉杰, 黃宗啟, 郭小璇 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院