０ 引 言
繼電保護裝置是電力系統(tǒng)變電站的主要設(shè)備，繼電保護裝置的性能直接影響到電力系統(tǒng)運行，裝置要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性，裝置功能類型多且計算邏輯復(fù)雜，在對繼電保護產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，繼電保護產(chǎn)品板卡的硬件性能測試是一項重要內(nèi)容，直接關(guān)系到裝置運行的安全性和可靠性，因此針對繼電保護裝置硬件的測試要**、可靠，高效。
目前針對繼電保護裝置硬件測試，市場上大部分的做法是通過人工方式對裝置進行逐個測試，每測試一個裝置，需要手工搭建回路一次，手工連接功放箱一次，這種傳統(tǒng)的手工測試具有以下不足：１）每測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；２）邏輯功能測試時每測試一次都要重新編輯測試內(nèi)容，操作重復(fù)性高；３）每做完一個測試項目都需要人工查看結(jié)果，人力成本較高；４）對測試人員的電氣知識技能水平也有一定要求。另外對于智能繼電保護裝置的功能測試較為復(fù)雜化，很多功能無法手工測試，給繼電保護裝置測試帶來了很大挑戰(zhàn)。總而言之，傳統(tǒng)的裝置板卡測試效率低下，可靠性不高。因此迫切需要一種新的方法來改善繼電保護裝置板卡測試的問題。
本文針對目前市場上繼電保護裝置單板硬件手工測試效率不高的現(xiàn)象，提供了一種繼電保護裝置單板自動測試系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)中通信、軟硬件等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。
１ 系統(tǒng)架構(gòu)
目前繼電保護裝置板卡硬件測試項目包括有：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實時時鐘、測溫、２４Ｖ 對時開入、ＩＯ 總 線、擴 展 總 線、ＳＤ ＭＭＣ卡、ＩＩＣ擴展總線等３０多種項目，測試項目種類多，范圍廣。
單板自動測試系統(tǒng)能夠針對繼電保護裝置的不同類型單板實現(xiàn)全部硬件性能的一鍵自動測試，有效提高了測試效率。
如圖１所示，繼電保護裝置單板自動測試系統(tǒng)包括 ＰＣ工控機、單板測試儀、被測機箱，其中被測機箱設(shè)置專用卡槽，方便連接被測單板和輔助測試板卡。ＰＣ安裝的測試軟件工具用于板卡測試用例的編輯、測試命令下發(fā)及測試信息管理。輔助測試板卡包括有 ＦＰＧＡ 輔助板、ＣＰＵ 輔助板以及單板轉(zhuǎn)接卡，可用于連接被測單板，對被測單板發(fā)送命令及接收單板回復(fù)信息，測試時被測板卡直接插入輔助測試機箱卡槽即可，卡槽與輔助機箱內(nèi)部連接，方便進行后續(xù)的開出、交直流等測試。單板測試儀設(shè)置有與測試機箱背板形狀相適應(yīng)的電連接器，測試儀的一側(cè)通過網(wǎng)口與 ＰＣ相連，另一側(cè)通過電連接器與測試機箱進行連接，能夠?qū)?ＰＣ工控機發(fā)出來的報文和命令進行接收并分類處理，并且將被測裝置回復(fù)的信息進行判斷和計算，將結(jié)果回復(fù)給上位機。
繼電保護裝置單板自動測試系統(tǒng)如圖１所示，測試步驟如下：
１）ＰＣ工控機首先進行用戶登錄驗證，編輯生成測試配置文件，被測裝置類型匹配后，發(fā)送測試配置命令給單板測試儀；
２）單板測試儀端接收到 ＰＣ發(fā)送過來的信息后進行解析處理，對測試對象進行歸類處理，測試對象按照有測試數(shù)據(jù)報文類型、無測試數(shù)據(jù)報文類型分別進行相關(guān)處理，當(dāng)信息不屬于處理機制范圍內(nèi)，向 ＰＣ機發(fā)送報警信號；
３）被測機箱輔助板接收到測試儀發(fā)送的命令后進一步處理，并根據(jù)測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，被測板卡接收到測試指令，讀取光纖通道數(shù)據(jù)幀信息，并通過光纖通道反回到測試儀。測試儀判斷測試結(jié)果，并將測試信息反饋給測試儀，測試儀根據(jù)反饋的信息進行結(jié)果判斷，并將數(shù)據(jù)返回給ＰＣ機。
４）ＰＣ機接收到測試結(jié)果后通過上位機軟件將結(jié)果保存下來，依次再進行下一個功能測試，重復(fù)步驟２）、３），直到測試完畢，*終的測試結(jié)果根據(jù)生成ＰＤＦ報告文件保存起來。
２ 系統(tǒng)軟件設(shè)計
２．１ 系統(tǒng)通信設(shè)計
單板自動測試系統(tǒng)中，自動測試軟件通過測試儀及輔助測試板卡對被測單板進行控制。為了滿足單板自動測試系統(tǒng)中單板測試種類多，接口復(fù)雜、范圍廣的需求，必須解決自動測試軟件、單板測試儀、輔助測試板卡和被測板卡的通信接口問題。
單板測試儀以嵌入式平臺作為底層驅(qū)動，ＰＣ工控機與單板測試儀之間的通信、單板測試儀與被測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 試 互 不影響。
測試儀ＩＯ 插件采用擴展總線交換數(shù)據(jù)方式進行讀寫。被測單板與 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。以開入測試為例，首 先 ＰＣ 下 發(fā) 控 制 命令進入開入測試模式，測試儀將此命令轉(zhuǎn)發(fā)給被測板。ＰＣ將測試案例整合后隨即發(fā)出，測試儀接收到測試案例后由輔助測試板輸出測試電信號，同時向測試板轉(zhuǎn)發(fā)開入測試指令，測試板開始按照要求進行依次測試。
２．２ 系統(tǒng)軟件設(shè)計
如圖２所示，整個測試過程中 ＰＣ 工控機進行通信命令和測試任務(wù)下發(fā)，單板測試儀在獲取通信服務(wù)后進行數(shù)據(jù)解析，從報文中獲取測試類型、測試方法要求，測試參數(shù)等，并根據(jù)測試類型進行分類處理，不同類型的測試使用不同邏輯及接口分別于被測機箱進行通信交互。
對于繼電保護板卡的硬件性能，需要測試的項目種類較多，單一的軟件處理流程無法滿足所有的硬件測試。根據(jù)測試項目分為以下兩種測試方式：
１）如果是開入、開出、Ｂ碼等測試項目時系統(tǒng)判定測試儀為主動測試模式。主動測試模式里還細分為有數(shù)據(jù)報文類型和無數(shù)據(jù)報文類型兩種。
當(dāng)測試信息屬于有數(shù)據(jù)報文類型時 ，進 入 報 文 處理 ，將結(jié)果輸入到被測裝置機箱輔助板中 ，當(dāng) 判 定 信 息屬 于 無 數(shù) 據(jù) 報 文 類 型 時 ，直接向被測裝置機箱輔 助 板轉(zhuǎn) 發(fā) ，當(dāng) 信 息 不 屬 于 處 理 機 制 范 圍 內(nèi) ，向 ＰＣ 機 發(fā) 送 報警 信 號 。
無數(shù)據(jù)報文長度是固定的，系統(tǒng)按照自定義標(biāo)識進行測試類型判別，例如：通 信 連 接（‘ｌｎｋ’）、全 面 測 試（‘ｆｌｔ’）、通信 壓 力 測 試 （‘ｃｐｔ’）、通 道 測 試 （‘ｍｆｔ’）、停 止 測 試（‘ｓｔｐ’）、測試結(jié)束（‘ｅｎｄ’）等，報文中包含測試項目名稱、測試方法、測試模式、測試等待時間、測試發(fā)送報文、測試發(fā)送端口、測試次數(shù)等內(nèi)容。
有數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文訪數(shù)據(jù)報文長度不固定，數(shù)據(jù)組幀如表１所示，報文中開始和結(jié)束為固定字符，ｉｄｘ保留未用，長度不夠的使用＃補齊。輔助測試板處理３種命令，分別是裝置連接確認命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｌｎｋ＃０００ｄｅ）、測試結(jié)束命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｅｎｄ＃０００ｄｅ）、開始 ｄｅｖ項目測試命令（ｄｓｄｅｖ＃＃ｓｔａ＃０００ｄｅ）。Ｄｅｖ內(nèi) 容 不 固 定，可 依 次 選 取 ｅｔｈ（以 太網(wǎng)）、ｄｔｔ（測溫芯片）、ｄｉｎ（開入）、ｄｏｕｔ（開出）等測試項。
如圖３所示，以開入測試為例，測試儀向待測板卡轉(zhuǎn)發(fā)“進入開入測試模式”命令的同時驅(qū)動開出插件進入“開出指定通道”命令；待測板卡自檢開入前端子的狀態(tài)，向測試儀上送“開入狀態(tài)應(yīng)答”報文；測試儀將“開入狀態(tài)應(yīng)答”報文轉(zhuǎn)發(fā)給上位機，上位機進行測試并且上送結(jié)果從而完成本路開入通道的測試。
２）如果測試項目為光口、電口時，測試儀處于被動測試模式。以光口測試為例，當(dāng)測試儀收到上位機發(fā)出的“光口測試模式”命令后直接將此命令報文發(fā)送給待測板卡中，待測板卡對報 文 進 行 解 析，先 自 檢 本 光 口 情 況，通 過 ＦＰＧＡ輔助測試板，自動完成光口測試，并將測試結(jié)果反饋給測試
儀，測試儀直接將“開出結(jié)果反饋”報文轉(zhuǎn)發(fā)給上位機。
３ 系統(tǒng)工裝設(shè)計
單板測試儀內(nèi)設(shè)置與被測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，另一側(cè)的插針航插和待測板卡背板接線端子對應(yīng)插配連接。輔助測試機箱內(nèi)部設(shè)有滑軌，滑軌上設(shè)有滑動平臺，滑動平臺上設(shè)有用于安裝被測板卡的卡槽，滑動平臺配備有一個驅(qū)動滑動平臺沿滑軌移動的滾珠絲杠驅(qū)動裝置。為了滿足被測板卡的種類多且接口多樣化的要求，輔助測試機箱的插針航插使用插接方法固定，測試時可根據(jù)需要選擇適用
插針。單板自動測試系統(tǒng)工裝能夠滿足多種類型板卡的硬件測試需求。
４ 測試界面設(shè)計
位于 ＰＣ機中的自動測試工具主要實現(xiàn)自動測試用例庫選擇、測試項目管理、測試用例和測試方案的讀取，測試過程監(jiān)視，測試結(jié)果分析和處理，測試報告生成及保存等功能。不同類型板卡的不同測試可通過項目勾選的方式通過加載獨立的 ＸＭＬ配置文件進行選擇。每次測試的項目及參數(shù)可保存在測試用例庫中，下次測試時打開即可，測試結(jié)果也會自動上傳到測試系統(tǒng)，方便分析硬件缺陷。此方法能夠大大提高測試效率。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：包括用戶登錄驗證、用戶注銷、密碼設(shè)置；
２）通道測試：向被測板發(fā)送通道測試命令；
３）通信壓力測試：向被測板發(fā)送通信壓力測試命令；
４）**測試：向被測板發(fā)送**測試命令；
５）測試報告生成：將測試結(jié)果信息按規(guī)定格式保存為ＰＤＦ文件；
６）測試報告展示：根據(jù)二維碼找到本地保存的對應(yīng)的報告文件并按規(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)進行系統(tǒng)設(shè)置，并將參數(shù)保存到配置文件中。
５ 自動測試系統(tǒng)案例
以線 路 保 護 裝 置 ＮＰＵ８１０３ 板卡為例進行硬件自 動測試。
首先從測試用例庫中選擇 ＮＰＵ８１０３用到的配套ＸＭＬ文件，自動測試工具自動生成測試用例項，如圖５所示。
開始測試時 ＰＣ測試工具按照測試用例集依次向測試儀發(fā)送約定好的控制命令及參數(shù)，測試儀端根據(jù)信息進行解析處理，通過電連接器與被測機箱輔助板對板卡進行各項測試。測試完畢后測試儀判斷測試結(jié)果，并將測試信息反饋給測試儀，測試儀根據(jù)反饋的信息進行結(jié)果判斷，并將數(shù)據(jù)返回給 ＰＣ機，生成測試報告如圖６所示。
６ 結(jié) 論
單板硬件自動測試系統(tǒng)已經(jīng)的公司的板卡生產(chǎn)車間的檢測部門得到應(yīng)用，板卡的測試效率得到明顯提高，原 來需要１５個人組成的硬件測試流水線團隊完成１ｈ的板卡測試數(shù)量，現(xiàn)在只需要一個人３ｍｉｎ即可完成，而且?guī)缀鯖]有測試遺漏現(xiàn)象。
繼電保護單板自動測試系統(tǒng)用于對繼電保護裝置的單板硬件自動測試，測試對象范圍廣泛，包括單板開入、開出、直流／交流 ＡＤ等，測試完成后能夠顯示測試結(jié)果信息。單板自動測試系統(tǒng)包括 ＰＣ工控機、單板測試儀、輔助測試機箱和被測單板。ＰＣ工控機用于測試用例的編輯、測試命令下發(fā)及測試信息管理；單板測試儀用于測試解析測試命令、測試報文轉(zhuǎn)發(fā)及與被測裝置的連接；輔助測試機箱用于連接被測單板，對被測單板發(fā)送命令及接收單板回復(fù)信息。本文系統(tǒng)還提供了 ＰＣ工控機與單板測試儀連接通信的方法，命令交互與通訊狀態(tài)測試互不影 響，可 使 用 同 一 ＵＤＰ實現(xiàn)。系統(tǒng)可根據(jù)兩種不同類型的報文數(shù)據(jù)格式進行分別處理，有效提高了測試效率。
