基于LabVIEW的机车电耗记录仪检定方法的研究

申强

【摘 要】 传统机车电耗记录仪的检定方法是由标准功率源进行检定，虽然比较直观，但是只是针对单一的被检测对象，当被检测的记录仪较多时不能对所有被测记录仪进行记录分析。本文给出了一种基于虚拟仪器技术的新型检测方法，采用LabVIEW软件作为系统的开发平台，并通过系统软件实现各项电力参数的快速、准确测量以及电能质量的实时分析。

【关键词】 电耗记录仪 LabVIEW 虚拟仪器 电能质量

1 引言

铁路作为国民经济的重要基础设施，在我国综合交通运输体系中扮演着重要角色。在加快节约型社会的建设中，铁路肩负着重要责任。一方面，作为消耗能源的重点行业，在节能降耗，提高能源综合应用效率方面大有潜力可挖；另一方面，电气化铁路长期存在功率因数低、谐波含量高和负序等问题，严重影响公用电网的电能质量。机车电耗记录仪能够对机车运行过程中的各项数据进行记录，对记录仪的检定就显得尤为重要，随着数字化测量技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展，将虚拟仪器技术与电耗记录仪的检定方法相结合，使得这一问题能够得到很好地解决。

2 系统总体结构

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。它的出现终于把人们——尤其是传统仪器工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放出来，使他们能够真正专心于自己所关注的事情。

LabVIEW程序又称虚拟仪器，即VI，其外观和操作均模仿现实仪器。程序框图是图形化源代码的集合，图形化源代码又称G代码或程序框图代码。前面板创建完毕后，便可使用图形化的函数添加源代码来控制前面板上的对象。前面板上的对象在程序框图中显示为接线端。接线端用以表示输入控件或显示控件的数据类型。在程序框图中可将前面板的输入控件或显示控件显示为图标或数据类型接线端。默认状态下，前面板对象显示为图标接线端。接线端是在前面板和程序框图之间交换信息的输入输出端口。

节点是程序框图上的对象，具有输入输出端，在VI运行时进行运算。节点相当于文本编程语言中的语句、运算符、函数和子程序。结构是文本编程语言中的循环和条件语句的图形化表示。使用程序框图中的结构可对代码块进行重复操作，有条件执行或按特定顺序执行代码。

程序框图中对象的数据传输通过连线实现。每根连线都只有一个数据源，但可以与多个读取该数据的VI和函数连接。不同数据类型的连线有不同的颜色、粗细和样式。断开的连线显示为黑色的虚线，中间有个红色的x。出现断线的原因有很多，如试图连接数据类型不兼容的两个对象是就会产生断线。

基于LabVIEW的电耗记录仪检定系统与传统的检定系统一样，同样具备三大功能模块，即数据采集模块、数据分析处理模块、结果显示模块。不同的是数据分析处理模块和结果显示模块用软件来实现，数据采集模块就是要进行串口配置，按照仪器通信协议通过RS232异步通信方式进行数据采集。

3 系统总体设计思路

基于LabVIEW的机车电耗记录仪检定系统要实现的功能包括对电流的测量、电压的测量、频率的测量、有功功率的测量、功率因素的计算以及电能误差的计算，同时该系统还要有软件的使用帮助以及具有打印输出的功能。该系统程序用到了事件结构， 等待事件发生，并执行相应条件分支，处理该事件。事件结构包括一个或多个子程序框图或事件分支，结构处理时间时，仅有一个子程序框图或分支在执行。等待事件通知时，该结构可超时。连线事件结构边框左上角的“超时”接线端，指定事件结构等待事件发生的时间，以毫秒为单位。默认值为-1，表示永不超时。可配置单个分支处理多个事件，但一次只能发生分支中的一个事件。必须在While循环中放置事件结构，以便处理多个事件。事件结构中的单个分支不能同时处理通知事件和过滤事件。一个事件分支可处理多个通知事件，但只有所有事件数据项完全相同时才能处理多个过滤事件。可配置一个或多个事件结构对一个特定对象上同一通知事件或过滤事件作出响应。图1为电耗记录仪检定系统子功能模块图。

4 相关模块测量程序

下面就以该系统中两个子模块为例进行说明，它们分别为串口配置模块和频率测量子模块。

4.1 串口配置模块

该模块程序中主要配置串口的波特率、奇偶校验位、停止位等等，其中串口连接要在全局变量中定义。接上电能表之后，要进行串口配置，找到相应的串口号，同时这里还可以设置电能表编号，从而在输出打印时，记录相应的电能表编号，点击保存，即配置成功。

4.2 频率测量模块

该模块能够测量电能表时时输出的频率，从而为电能表的检定提供依据。该模块程序中用到了for循环，同时for循环中包含平铺式顺序结构，该结构包括一个或多个顺序执行的子程序框图或帧。平铺式顺序结构可确保子程序框图按一定顺序执行。平铺式顺序结构的数据流不同于其他结构的数据流。所有连线至帧的数据都可用时，平铺式顺序结构的帧按照从左至右的顺序执行。每帧执行完毕后会将数据至传递至下一帧。即帧的输入可能取决于另一个帧的输出。

在频率测量模块中还包括3个子VI程序，它们分别作为频率测量模块程序的组成部分，在这里就不做赘述。

5 系统的测试结果

当配置好串口时，点击频率测量按钮，系统就会调用频率测量自程序，通过串口采集设备信息，读取电能表的频率值，实时绘出频率值的波形图表以及XY图，并在界面右侧用表格方式显示出监测信息，该系统可以连续采集18次数据，形成图表后，自动生成word，方便用户保存查看。图2显示系统的测试结果。

6 结语

基于LabVIEW平台的机车电耗记录仪检定使用NI公司的LabVIEW2013软件编程实现对频率测量、电能误差、电压以及电流测量等，具有测量精度高，抗干扰性能好等优点，满足系统测试要求，将虚拟仪器技术用于电能质量的监测中，具有硬件结构简单，软件开发周期短，功能扩展灵活等优点。从仿真结果来看，该系统运行良好，性能稳定。设计思想和实际相符合，能够满足对电能质量参数监测的要求并能够对电能表进行快速准确地检定。

参考文献：

[1]郭知彼.电气化铁路电能质量的综合治理[J].变流技术与电力牵引，2006（2）：7l-74.

[2]方向东.基于LabVIEW的电能质量自动监测系统[J].计算技术与自动化，2007，26（1）：33-35.

[3]阎鸿程，黄建业，高伟.基于LabVIEW软件的电能质量监测系统[J].电工电气，2012（7）：13-19.

[4]陈树学，刘宣.LabVIEW宝典[M].电子工业出版社，2011.endprint

【摘 要】 传统机车电耗记录仪的检定方法是由标准功率源进行检定，虽然比较直观，但是只是针对单一的被检测对象，当被检测的记录仪较多时不能对所有被测记录仪进行记录分析。本文给出了一种基于虚拟仪器技术的新型检测方法，采用LabVIEW软件作为系统的开发平台，并通过系统软件实现各项电力参数的快速、准确测量以及电能质量的实时分析。

【关键词】 电耗记录仪 LabVIEW 虚拟仪器 电能质量

1 引言

铁路作为国民经济的重要基础设施，在我国综合交通运输体系中扮演着重要角色。在加快节约型社会的建设中，铁路肩负着重要责任。一方面，作为消耗能源的重点行业，在节能降耗，提高能源综合应用效率方面大有潜力可挖；另一方面，电气化铁路长期存在功率因数低、谐波含量高和负序等问题，严重影响公用电网的电能质量。机车电耗记录仪能够对机车运行过程中的各项数据进行记录，对记录仪的检定就显得尤为重要，随着数字化测量技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展，将虚拟仪器技术与电耗记录仪的检定方法相结合，使得这一问题能够得到很好地解决。

2 系统总体结构

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。它的出现终于把人们——尤其是传统仪器工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放出来，使他们能够真正专心于自己所关注的事情。

LabVIEW程序又称虚拟仪器，即VI，其外观和操作均模仿现实仪器。程序框图是图形化源代码的集合，图形化源代码又称G代码或程序框图代码。前面板创建完毕后，便可使用图形化的函数添加源代码来控制前面板上的对象。前面板上的对象在程序框图中显示为接线端。接线端用以表示输入控件或显示控件的数据类型。在程序框图中可将前面板的输入控件或显示控件显示为图标或数据类型接线端。默认状态下，前面板对象显示为图标接线端。接线端是在前面板和程序框图之间交换信息的输入输出端口。

节点是程序框图上的对象，具有输入输出端，在VI运行时进行运算。节点相当于文本编程语言中的语句、运算符、函数和子程序。结构是文本编程语言中的循环和条件语句的图形化表示。使用程序框图中的结构可对代码块进行重复操作，有条件执行或按特定顺序执行代码。

程序框图中对象的数据传输通过连线实现。每根连线都只有一个数据源，但可以与多个读取该数据的VI和函数连接。不同数据类型的连线有不同的颜色、粗细和样式。断开的连线显示为黑色的虚线，中间有个红色的x。出现断线的原因有很多，如试图连接数据类型不兼容的两个对象是就会产生断线。

基于LabVIEW的电耗记录仪检定系统与传统的检定系统一样，同样具备三大功能模块，即数据采集模块、数据分析处理模块、结果显示模块。不同的是数据分析处理模块和结果显示模块用软件来实现，数据采集模块就是要进行串口配置，按照仪器通信协议通过RS232异步通信方式进行数据采集。

3 系统总体设计思路

基于LabVIEW的机车电耗记录仪检定系统要实现的功能包括对电流的测量、电压的测量、频率的测量、有功功率的测量、功率因素的计算以及电能误差的计算，同时该系统还要有软件的使用帮助以及具有打印输出的功能。该系统程序用到了事件结构， 等待事件发生，并执行相应条件分支，处理该事件。事件结构包括一个或多个子程序框图或事件分支，结构处理时间时，仅有一个子程序框图或分支在执行。等待事件通知时，该结构可超时。连线事件结构边框左上角的“超时”接线端，指定事件结构等待事件发生的时间，以毫秒为单位。默认值为-1，表示永不超时。可配置单个分支处理多个事件，但一次只能发生分支中的一个事件。必须在While循环中放置事件结构，以便处理多个事件。事件结构中的单个分支不能同时处理通知事件和过滤事件。一个事件分支可处理多个通知事件，但只有所有事件数据项完全相同时才能处理多个过滤事件。可配置一个或多个事件结构对一个特定对象上同一通知事件或过滤事件作出响应。图1为电耗记录仪检定系统子功能模块图。

4 相关模块测量程序

下面就以该系统中两个子模块为例进行说明，它们分别为串口配置模块和频率测量子模块。

4.1 串口配置模块

该模块程序中主要配置串口的波特率、奇偶校验位、停止位等等，其中串口连接要在全局变量中定义。接上电能表之后，要进行串口配置，找到相应的串口号，同时这里还可以设置电能表编号，从而在输出打印时，记录相应的电能表编号，点击保存，即配置成功。

4.2 频率测量模块

该模块能够测量电能表时时输出的频率，从而为电能表的检定提供依据。该模块程序中用到了for循环，同时for循环中包含平铺式顺序结构，该结构包括一个或多个顺序执行的子程序框图或帧。平铺式顺序结构可确保子程序框图按一定顺序执行。平铺式顺序结构的数据流不同于其他结构的数据流。所有连线至帧的数据都可用时，平铺式顺序结构的帧按照从左至右的顺序执行。每帧执行完毕后会将数据至传递至下一帧。即帧的输入可能取决于另一个帧的输出。

在频率测量模块中还包括3个子VI程序，它们分别作为频率测量模块程序的组成部分，在这里就不做赘述。

5 系统的测试结果

当配置好串口时，点击频率测量按钮，系统就会调用频率测量自程序，通过串口采集设备信息，读取电能表的频率值，实时绘出频率值的波形图表以及XY图，并在界面右侧用表格方式显示出监测信息，该系统可以连续采集18次数据，形成图表后，自动生成word，方便用户保存查看。图2显示系统的测试结果。

6 结语

基于LabVIEW平台的机车电耗记录仪检定使用NI公司的LabVIEW2013软件编程实现对频率测量、电能误差、电压以及电流测量等，具有测量精度高，抗干扰性能好等优点，满足系统测试要求，将虚拟仪器技术用于电能质量的监测中，具有硬件结构简单，软件开发周期短，功能扩展灵活等优点。从仿真结果来看，该系统运行良好，性能稳定。设计思想和实际相符合，能够满足对电能质量参数监测的要求并能够对电能表进行快速准确地检定。

参考文献：

[1]郭知彼.电气化铁路电能质量的综合治理[J].变流技术与电力牵引，2006（2）：7l-74.

[2]方向东.基于LabVIEW的电能质量自动监测系统[J].计算技术与自动化，2007，26（1）：33-35.

[3]阎鸿程，黄建业，高伟.基于LabVIEW软件的电能质量监测系统[J].电工电气，2012（7）：13-19.

[4]陈树学，刘宣.LabVIEW宝典[M].电子工业出版社，2011.endprint

【摘 要】 传统机车电耗记录仪的检定方法是由标准功率源进行检定，虽然比较直观，但是只是针对单一的被检测对象，当被检测的记录仪较多时不能对所有被测记录仪进行记录分析。本文给出了一种基于虚拟仪器技术的新型检测方法，采用LabVIEW软件作为系统的开发平台，并通过系统软件实现各项电力参数的快速、准确测量以及电能质量的实时分析。

【关键词】 电耗记录仪 LabVIEW 虚拟仪器 电能质量

1 引言

铁路作为国民经济的重要基础设施，在我国综合交通运输体系中扮演着重要角色。在加快节约型社会的建设中，铁路肩负着重要责任。一方面，作为消耗能源的重点行业，在节能降耗，提高能源综合应用效率方面大有潜力可挖；另一方面，电气化铁路长期存在功率因数低、谐波含量高和负序等问题，严重影响公用电网的电能质量。机车电耗记录仪能够对机车运行过程中的各项数据进行记录，对记录仪的检定就显得尤为重要，随着数字化测量技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展，将虚拟仪器技术与电耗记录仪的检定方法相结合，使得这一问题能够得到很好地解决。

2 系统总体结构

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。它的出现终于把人们——尤其是传统仪器工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放出来，使他们能够真正专心于自己所关注的事情。

LabVIEW程序又称虚拟仪器，即VI，其外观和操作均模仿现实仪器。程序框图是图形化源代码的集合，图形化源代码又称G代码或程序框图代码。前面板创建完毕后，便可使用图形化的函数添加源代码来控制前面板上的对象。前面板上的对象在程序框图中显示为接线端。接线端用以表示输入控件或显示控件的数据类型。在程序框图中可将前面板的输入控件或显示控件显示为图标或数据类型接线端。默认状态下，前面板对象显示为图标接线端。接线端是在前面板和程序框图之间交换信息的输入输出端口。

节点是程序框图上的对象，具有输入输出端，在VI运行时进行运算。节点相当于文本编程语言中的语句、运算符、函数和子程序。结构是文本编程语言中的循环和条件语句的图形化表示。使用程序框图中的结构可对代码块进行重复操作，有条件执行或按特定顺序执行代码。

程序框图中对象的数据传输通过连线实现。每根连线都只有一个数据源，但可以与多个读取该数据的VI和函数连接。不同数据类型的连线有不同的颜色、粗细和样式。断开的连线显示为黑色的虚线，中间有个红色的x。出现断线的原因有很多，如试图连接数据类型不兼容的两个对象是就会产生断线。

基于LabVIEW的电耗记录仪检定系统与传统的检定系统一样，同样具备三大功能模块，即数据采集模块、数据分析处理模块、结果显示模块。不同的是数据分析处理模块和结果显示模块用软件来实现，数据采集模块就是要进行串口配置，按照仪器通信协议通过RS232异步通信方式进行数据采集。

3 系统总体设计思路

基于LabVIEW的机车电耗记录仪检定系统要实现的功能包括对电流的测量、电压的测量、频率的测量、有功功率的测量、功率因素的计算以及电能误差的计算，同时该系统还要有软件的使用帮助以及具有打印输出的功能。该系统程序用到了事件结构， 等待事件发生，并执行相应条件分支，处理该事件。事件结构包括一个或多个子程序框图或事件分支，结构处理时间时，仅有一个子程序框图或分支在执行。等待事件通知时，该结构可超时。连线事件结构边框左上角的“超时”接线端，指定事件结构等待事件发生的时间，以毫秒为单位。默认值为-1，表示永不超时。可配置单个分支处理多个事件，但一次只能发生分支中的一个事件。必须在While循环中放置事件结构，以便处理多个事件。事件结构中的单个分支不能同时处理通知事件和过滤事件。一个事件分支可处理多个通知事件，但只有所有事件数据项完全相同时才能处理多个过滤事件。可配置一个或多个事件结构对一个特定对象上同一通知事件或过滤事件作出响应。图1为电耗记录仪检定系统子功能模块图。

4 相关模块测量程序

下面就以该系统中两个子模块为例进行说明，它们分别为串口配置模块和频率测量子模块。

4.1 串口配置模块

该模块程序中主要配置串口的波特率、奇偶校验位、停止位等等，其中串口连接要在全局变量中定义。接上电能表之后，要进行串口配置，找到相应的串口号，同时这里还可以设置电能表编号，从而在输出打印时，记录相应的电能表编号，点击保存，即配置成功。

4.2 频率测量模块

该模块能够测量电能表时时输出的频率，从而为电能表的检定提供依据。该模块程序中用到了for循环，同时for循环中包含平铺式顺序结构，该结构包括一个或多个顺序执行的子程序框图或帧。平铺式顺序结构可确保子程序框图按一定顺序执行。平铺式顺序结构的数据流不同于其他结构的数据流。所有连线至帧的数据都可用时，平铺式顺序结构的帧按照从左至右的顺序执行。每帧执行完毕后会将数据至传递至下一帧。即帧的输入可能取决于另一个帧的输出。

在频率测量模块中还包括3个子VI程序，它们分别作为频率测量模块程序的组成部分，在这里就不做赘述。

5 系统的测试结果

当配置好串口时，点击频率测量按钮，系统就会调用频率测量自程序，通过串口采集设备信息，读取电能表的频率值，实时绘出频率值的波形图表以及XY图，并在界面右侧用表格方式显示出监测信息，该系统可以连续采集18次数据，形成图表后，自动生成word，方便用户保存查看。图2显示系统的测试结果。

6 结语

基于LabVIEW平台的机车电耗记录仪检定使用NI公司的LabVIEW2013软件编程实现对频率测量、电能误差、电压以及电流测量等，具有测量精度高，抗干扰性能好等优点，满足系统测试要求，将虚拟仪器技术用于电能质量的监测中，具有硬件结构简单，软件开发周期短，功能扩展灵活等优点。从仿真结果来看，该系统运行良好，性能稳定。设计思想和实际相符合，能够满足对电能质量参数监测的要求并能够对电能表进行快速准确地检定。

参考文献：

[1]郭知彼.电气化铁路电能质量的综合治理[J].变流技术与电力牵引，2006（2）：7l-74.

[2]方向东.基于LabVIEW的电能质量自动监测系统[J].计算技术与自动化，2007，26（1）：33-35.

[3]阎鸿程，黄建业，高伟.基于LabVIEW软件的电能质量监测系统[J].电工电气，2012（7）：13-19.

[4]陈树学，刘宣.LabVIEW宝典[M].电子工业出版社，2011.endprint