CN105162534A - 一种集中器无线公网通信测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集中器无线公网通信测试系统及方法，所述测试箱体内安装电磁屏蔽暗室，在电磁屏蔽暗室内下部安装有运行轨道，在运行轨道上通过步进电机运行有托盘，该托盘下底顶装有托盘顶升器，该托盘顶升器通过接驳电机驱动，托盘内可置放被测集中器；在电磁屏蔽暗室的上方固装有综合测试仪及信号干扰装置，在综合测试仪下方的电磁屏蔽暗室顶端固装有耦合天线；在测试箱体上安装有报警灯及显示器，在测试箱体内还安装有电气单元、PLC控制单元、供电系统及控制单元。本系统由电气单元、机械结构单元、供电系统及控制单元、接驳单元、顶升定位单元、自动输送单元构成，实现了与自动化流水线的无缝耦合，开创了无线公网通信模块在集中器整机上实现全性能检测的先例。

Description

一种集中器无线公网通信测试系统及方法

技术领域

本发明属于电力领域，涉及智能电网技术中集中器对无线公网通信的测试，尤其是一种集中器无线公网通信测试系统及方法。

背景技术

智能电网作为信息社会城市智能化发展的客观需要,是智能城市发展的重要能源保障基础和先行者,也是智能城市建设的一项重要内容。集中器无线公网通信质量检测目前只在上行通信单元厂家进行功能性检测，国网公司集中器供应商几乎在出厂前都未对集中器进行无线公网通信测试，国网各省网计量中心也没有一个完整、全面的实施方案，特别是针对集中器全面检测的无线技术应用以及模拟实际通信环境在整机上进行检测等。

通过行业了解，目前国内尚无一套检测装置实现对集中器无线公网通信实现自动化智能检测，在传统的集中器检定流水线上也没有涉及无线公网通信的检测，特别是无法做到模拟实际的应用场景来收集射频信号的数据，分析和判断是否满足国网1374.3-2013通信单元技术规范和1379.4-2013通信单元检验技术规范，从而不能对安装前集中器的无线公网通信质量进行评估，从源头上规避风险。如何在全检验收环节，实现集中器无线公网通信自动化测试是一个亟待解决的问题。

通过公开专利文献检索，发现如下相关文献：

1、一种智能电网数据集中器的自动检测系统和方法(CN102540133A)，该系统包括：后台数据库、工控机、检测工装；后台数据库存储检测配置参数与检测结论信息；工控机接收检测工装发送的对被测终端进行检测的请求，从后台数据库读取检测配置参数，向检测工装发送检测项报文；接收并根据检测工装回传的检测结果获得检测结论信息存入后台数据库并发送至检测工装；检测工装向工控机发送检测请求，接收检测项报文；若检测项报文需要检测工装处理，则处理检测项报文，回传检测结果；若检测项报文需要被测终端自测处理，则将检测项报文转发给被测终端，被测终端通过检测工装将检测结果回传给工控机；接收检测结论信息并显示。

2、一种电能信息集中器现场综合检测设备(CN202794497U)，它含有处理器，所述处理器分别设置有RS458检测接口、无线模块检测接口、电力载波模块检测接口、模拟量输入输出接口和开关量输入输出接口连接，并且，所述处理器还分别与红发收发器、电源、无线通信模块、以太网和显示器连接。所述电源为外接市电供电和电池供电构成的双电源。所述无线通信模块为无线公网/GPS模块。

3、一种智能电网集中器功能检测系统(CN202840692U)，包括单片机单元及与其相连的第一485接口单元、第二485接口单元、第三485接口单元、232接口单元、网卡芯片和显示单元，第一485接口单元经485转232转换单元和上位机相连，网卡芯片经路由器和上位机相连，第二、第三485接口单元和232接口单元以及单片机单元的第一PWM输出端、第二PWM输出端、遥信输出端、门节点信号输出端、脉冲输出端及有源、无源切换信号输出端分别和待检智能电网集中器相连，待检智能电网集中器及标准表的有功脉冲、无功脉冲和时钟脉冲输出端分别和单片机单元相连。

通过技术特征对比，上述公开专利文献在技术构架上与本发明申请不相同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现集中器无线公网通信自动化测试的集中器无线公网通信测试系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集中器无线公网通信测试系统，包括测试箱体、流水线，测试箱体安装在流水线的侧边，流水线输送被测集中器，其特征在于：所述测试箱体内安装电磁屏蔽暗室，在电磁屏蔽暗室内下部安装有运行轨道，在运行轨道上通过步进电机运行有托盘，该托盘下底顶装有托盘顶升器，该托盘顶升器通过接驳电机驱动，托盘内可置放被测集中器；在电磁屏蔽暗室的上方固装有综合测试仪及信号干扰装置，在综合测试仪下方的电磁屏蔽暗室顶端固装有耦合天线；在测试箱体上安装有报警灯及显示器，在测试箱体内还安装有电气单元、PLC控制单元、供电系统及控制单元。

而且，所述电磁屏蔽暗室安装有屏蔽门，屏蔽门的里侧固装有平面吸波薄膜板，在顶板、侧壁及检修板里侧均固装有棒锥形吸波板，该棒锥形吸波板通过其均布制出的棒锥状吸波头的尖端有效吸收电磁波。

而且，所述干扰装置通过射频线及插头连通屏蔽箱内的耦合天线，该干扰装置通过GPIB总线和控制单元相连。

而且，所述耦合天线的结构是，在接地盘上制有一同心椭圆形耦合槽，在对应该同心椭圆形耦合槽的接地盘上平面上覆盖固装一辐射贴片，该辐射贴片采用圆形贴片，在辐射贴片与接地盘之间固装一空气介质层；在接地盘下底面固装一FR4馈电基片，在馈电基片下方沿辐射贴片的中轴部位固装一微带馈线。

而且，所述接地盘制出的同心椭圆形耦合槽的槽间间隙相等，微带馈线连接在同心椭圆形耦合槽长轴的径向，其开路端到中心点的距离为6毫米。

一种集中器无线公网通信测试方法，步骤是：

⑴上电准备：对集中器无线公网智能检测系统进行上电，此时，工控电脑、安捷伦8960、安捷伦信号源E4438C和工位PLC会完成上电和开机；当工控电脑开机完成，系统检测软件将会自动启动，启动完成后，会依次完成对安捷伦8960、安捷伦信号源E4438C的初始设置，并依次打开测试软件与测试工位PLC通信端口、测试工位与射频开关通信端口、测试软件与外界PLC服务器通信端口，进而自动完成测试系统上电、初始设置和开启通信端口一系列准备工作；

⑵集中器入检测工位PLC动作：当集中器由PLC控制物流至集中器无线公网智能检测工位前的顶升移载时，PLC向测试工位发送入仓请求，测试工位PLC收到入仓请求后并仓内无检测终端时，测试工位PLC向流水线PLC发送允许进仓指令；此时，检测工位PLC依次完成步进皮带正转完成托盘进仓、步进电机前进完成托盘到达水平测试位置、托盘顶升完成托盘到达竖直测试位置、接驳夹紧完成接线柱到位；

⑶无线公网检测：主控电脑的系统检测软件通过控制线一直对检测工位内PLC状态进行检测，当检测工位PLC完成上述动作后，会向检测软件发送集中器到位指令；此时，测试软件通过控制线控制检测工位PLC对屏蔽箱中左侧终端进行上电，同时将射频开光切换至左侧耦合板完成对左侧集中器测试前的准备工作；然后，安捷伦8960作为模拟主站与集中器进行建立通话、发射功率、相位误差、频率误差、开关频谱、调制频谱、接收灵敏度、突发脉冲功率对时间、结束通话九个测试项进行测试；

⑷当完成左侧集中器测试后，测试软件通过控制线控制检测工位PLC断开屏蔽箱内左侧终端电源并对右侧终端进行上电，同时将射频开光切换至右侧耦合板；然后，控制安捷伦8960模拟主站完成与右侧终端建立通话、发射功率、相位误差、频率误差、开关频谱、调制频谱、接收灵敏度、突发脉冲功率对时间、结束通话九个测试项的测试；测试完成后，测试软件可以将测试结果保存在本地主控电脑和发送至外界PLC服务器，并通知服务器出仓；

⑸集中器出检测工位PLC动作：当分别完成托盘内左右集中器检测后，测试软件会通过控制线向检测工位PLC发送请求出仓；此时，检测工位PLC分别完成接驳放松完成接线柱撤离、托盘下降完成托盘到达竖直出仓位置、步进电机后退完成托盘到达水平出仓位置、步进皮带反转完成托盘出仓。

本发明的优点和积极效果是：

1、本系统通过设备的集成和软件应用达到对测试设备的自动化检测，并能够模拟实际现场的多种工作，更加准确的测试设备的各项性能指标，实现了无线公网通信模块在集中器中的整机测试，还可测试集中器无线公网通信模块的抗干扰性能，并同时实现集中器无线公网通信模块通信质量的评估。

2、本系统由电气单元、机械结构单元、供电系统及控制单元、接驳单元、顶升定位单元、自动输送单元构成，实现了与自动化流水线的无缝耦合，开创了无线公网通信模块在集中器整机上实现全性能检测的先例。

3、本系统的屏蔽暗室可实现对无线公网无线电信号(工作频率和发射功率等)抑制，提供相对纯净的无线电暗室环境，减少外界无线电波对测试环境的干扰；电磁屏蔽箱所有数据端口及电源信号都采用EMI滤波器，屏蔽门采用步进电机压合方式，保证屏蔽的性能，同时采用RFCD射频耦合装置用于集中器无线公网通信的信号的传入并进行性能测试，适用于300MHz-3GHz工作频率范围的无线信号，其内部锥针状的吸波材料大于20dB，能够对无线信号实现超过70dB的抑制；主控软件、流水线和检测设备PLC通过对集中器无线公网通信模块的物流控制，实现远程控制集中器移载、定位、顶升、接驳、开/关屏蔽箱门等功能，集中器在电磁屏蔽箱内的全自动化。

4、本系统的耦合天线采用了口径耦合的馈电方式以实现宽频带的特性，相比于同轴线或微带线馈电，口径耦合馈电具有一些显著的优点：馈电处无需焊点，用于阻抗匹配的可调参数多；馈电结构和辐射贴片采用的基片彼此分离，可以独立地选择不同的介质材料和介质厚度来满足馈电结构对辐射贴片的需要；通过调整耦合缝隙的长度或者微带馈线开路端的长度，可以比其他馈电方式更容易地与辐射贴片达到阻抗匹配等等，本天线就是利用其馈电结构和辐射贴片的基片彼此分离的特点，采用介电常数较低、厚度较大的辐射基片来降低天线的Q值，从而达到展宽带宽的目的。

附图说明

图1为本发明系统的立体结构示意图；

图2为本发明系统的结构主视图；

图3为图2的左侧视图；

图4为图2的后视图；

图5为本发明系统的屏蔽暗室的截面剖视图；

图6为图5的壁板安装吸波材料的立体结构示意图；

图7为本发明系统的耦合天线的结构主视图；

图8为图7的A-A向截面剖视图；

图9为图7的去掉辐射贴片及介质层的结构示意图；

图10为图7的后视图；

图11为本发明的测试方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述；本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

一种集中器无线公网通信测试系统，包括测试箱体3、流水线1，测试箱体安装在流水线的侧边，流水线输送被测集中器6，测试箱体内安装电磁屏蔽暗室11，在电磁屏蔽暗室内下部安装有运行轨道10，在运行轨道上通过步进电机9运行有托盘12，该托盘下底顶装有托盘顶升器13，该托盘顶升器通过接驳电机7驱动，托盘内可置放被测集中器；在电磁屏蔽暗室的上方固装有综合测试仪4及信号干扰装置15，在综合测试仪下方的电磁屏蔽暗室顶端固装有耦合天线5；在测试箱体上安装有报警灯2及显示器8，在测试箱体内还安装有电气单元、PLC控制单元、供电系统及控制单元。

流水线连接自动输送单元的运行轨道，该自动输送单元的运行轨道主要对被测终端进行自动的输送与输出，将被测集中器输送到电磁屏蔽暗室内检测区域，待检测完成后则将被测终端输送到下一个指定区域。进入电磁屏蔽暗室的被测集中器采用托盘输送到位，顶升单元的顶升器将托盘顶起，通过接驳单元的接驳电机对被测集中器进行精确定位，增强接驳装置的可靠性和稳定性，定位应精确、迅速；定位后对被检集中器采用电气单元电压端子、电流端子、辅助端子(校验脉冲、多功能脉冲、通讯口)进行可靠接驳压接，本实施例附图中所示为两位检测托盘，可同时检测两个被测集中器，采用单相供电方式给被检集中器供电，两个集中器接线端子同时接驳，为了规避两个集中器同时上电对无线公网通信检测的互相干扰，PLC控制系统根据检测要求通过继电器分别给各个集中器进行上电和断电；所有集中器接线端受压不上缩，且接线受压稳定、均匀、可靠；将电气单元与集中器连接供电，之后由供电系统及控制单元给集中器供电，整个过程由PLC控制单元控制。待被测终端进入电磁屏蔽暗室测试机体后，关闭电磁屏蔽暗室箱门，以隔离外界环境干扰。供电单元主要给被测终端和测试设备提供电源保障。在测试完成后，电磁屏蔽暗室箱门打开，接线端子与被测终端松开，托盘自动放下，将被测终端输出，最后将被测终端输送到下一个测试区域。

本发明中，所述电磁屏蔽暗室的结构参见图5、6，安装有屏蔽门14，在暗室箱体内的底板上通过运行轨道运行有输送结构18，在输送机构上安装有顶升器，在顶升器上安装有接驳单元16，在对应接驳单元的顶板内固装有RFCD耦合天线。屏蔽门的里侧固装有平面吸波薄膜板，该吸波薄膜板可有效地抑制行波、爬行波和导波等表面电磁波；在顶板、侧壁及检修板里侧均固装有棒锥形吸波板17，该棒锥形吸波板通过其均布制出的棒锥形吸波头19的尖端有效吸收电磁波。

本发明中，所述干扰装置通过射频线及插头连通屏蔽箱内的耦合天线，该干扰装置通过GPIB总线和控制单元相连，所述耦合天线的结构参见图7、8、9、10，在接地盘20上制有一同心椭圆形耦合槽24，在对应该同心椭圆形耦合槽的接地盘上平面上覆盖固装一辐射贴片22，该辐射贴片采用圆形贴片，其半径R＝12.8毫米，在辐射贴片与接地盘之间固装一厚度为2毫米的空气介质层21；在接地盘下底面固装一介电常数为4.4、厚度为1mm的FR4馈电基片25，在馈电基片下方沿辐射贴片的中轴部位固装一微带馈线23，该微带馈线的宽度为2mm，以保证馈线的输入阻抗为50欧姆左右。

实际应用中，考虑到天线结构的牢固程度及抗冲击性等方面，空气介质层可以考虑采用介电常数相近的泡沫等材料进行填充；接地盘制出的同心椭圆形耦合槽的槽间间隙相等，微带馈线连接在同心椭圆形耦合槽长轴的径向，其开路端到中心点的距离为6毫米，以保证微带天线的输入阻抗得到良好的匹配。

本发明的工作原理是：

集中器无线公网通信自动化测试过程中，当集中器模块到达无线公网通信测试的工位时，流水线PLC发出进仓请求后，测试设备在其PLC的控制作用下，逐步完成马达进、延伸线进、固定台升、屏蔽门合、端子进系列动作，以实现集中器成功进入电磁屏蔽箱，然后由软件控制实现集中器无线公网通信性能参数的测量。当测量完成后，软件向测试设备PLC发送测试完成信号，再由测试设备PLC向流水线PLC发送出仓请求，同时测试设备PLC以此完成端子退、屏蔽箱门开、延伸线退、马达退操作以实现集中器出电磁屏蔽箱的目的。

一种集中器无线公网通信测试方法，其测试流程图如图11所示，步骤是：

⑴上电准备：对集中器无线公网智能检测系统进行上电，此时，工控电脑、安捷伦8960、安捷伦信号源E4438C和工位PLC会完成上电和开机；当工控电脑开机完成，系统检测软件将会自动启动，启动完成后，会依次完成对安捷伦8960、安捷伦信号源E4438C的初始设置，并依次打开测试软件与测试工位PLC通信端口、测试工位与射频开关通信端口、测试软件与外界PLC服务器通信端口，进而自动完成测试系统上电、初始设置和开启通信端口一系列准备工作；

⑵集中器入检测工位PLC动作：当集中器由PLC控制物流至集中器无线公网智能检测工位前的顶升移载时，PLC向测试工位发送入仓请求，测试工位PLC收到入仓请求后并仓内无检测终端时，测试工位PLC向流水线PLC发送允许进仓指令；此时，检测工位PLC依次完成步进皮带正转完成托盘进仓、步进电机前进完成托盘到达水平测试位置、托盘顶升完成托盘到达竖直测试位置、接驳夹紧完成接线柱到位；

⑶无线公网检测：主控电脑的系统检测软件通过控制线一直对检测工位内PLC状态进行检测，当检测工位PLC完成上述动作后，会向检测软件发送集中器到位指令；此时，测试软件通过控制线控制检测工位PLC对屏蔽箱中左侧终端进行上电，同时将射频开光切换至左侧耦合板完成对左侧集中器测试前的准备工作；然后，安捷伦8960作为模拟主站与集中器进行建立通话、发射功率、相位误差、频率误差、开关频谱、调制频谱、接收灵敏度、突发脉冲功率对时间、结束通话九个测试项进行测试；

⑷当完成左侧集中器测试后，测试软件通过控制线控制检测工位PLC断开屏蔽箱内左侧终端电源并对右侧终端进行上电，同时将射频开光切换至右侧耦合板；然后，控制安捷伦8960模拟主站完成与右侧终端建立通话、发射功率、相位误差、频率误差、开关频谱、调制频谱、接收灵敏度、突发脉冲功率对时间、结束通话九个测试项的测试；测试完成后，测试软件可以将测试结果保存在本地主控电脑和发送至外界PLC服务器，并通知服务器出仓；

⑸集中器出检测工位PLC动作：当分别完成托盘内左右集中器检测后，测试软件会通过控制线向检测工位PLC发送请求出仓。此时，检测工位PLC分别完成接驳放松完成接线柱撤离、托盘下降完成托盘到达竖直出仓位置、步进电机后退完成托盘到达水平出仓位置、步进皮带反转完成托盘出仓。

本发明的各项测试项目及指标如表所示

Claims (6)

1.一种集中器无线公网通信测试系统，包括测试箱体、流水线，测试箱体安装在流水线的侧边，流水线输送被测集中器，其特征在于：所述测试箱体内安装电磁屏蔽暗室，在电磁屏蔽暗室内下部安装有运行轨道，在运行轨道上通过步进电机运行有托盘，该托盘下底顶装有托盘顶升器，该托盘顶升器通过接驳电机驱动，托盘内可置放被测集中器；在电磁屏蔽暗室的上方固装有综合测试仪及信号干扰装置，在综合测试仪下方的电磁屏蔽暗室顶端固装有耦合天线；在测试箱体上安装有报警灯及显示器，在测试箱体内还安装有电气单元、PLC控制单元、供电系统及控制单元。

2.根据权利要求1所述的集中器无线公网通信测试系统，其特征在于：所述电磁屏蔽暗室安装有屏蔽门，屏蔽门的里侧固装有平面吸波薄膜板，在顶板、侧壁及检修板里侧均固装有棒锥形吸波板，该棒锥形吸波板通过其均布制出的棒锥状吸波头的尖端有效吸收电磁波。

3.根据权利要求1所述的集中器无线公网通信测试系统，其特征在于：所述干扰装置通过射频线及插头连通屏蔽箱内的耦合天线，该干扰装置通过GPIB总线和控制单元相连。

4.根据权利要求3所述的集中器无线公网通信测试系统，其特征在于：所述耦合天线的结构是，在接地盘上制有一同心椭圆形耦合槽，在对应该同心椭圆形耦合槽的接地盘上平面上覆盖固装一辐射贴片，该辐射贴片采用圆形贴片，在辐射贴片与接地盘之间固装一空气介质层；在接地盘下底面固装一FR4馈电基片，在馈电基片下方沿辐射贴片的中轴部位固装一微带馈线。

5.根据权利要求4所述的集中器无线公网通信测试系统，其特征在于：所述接地盘制出的同心椭圆形耦合槽的槽间间隙相等，微带馈线连接在同心椭圆形耦合槽长轴的径向，其开路端到中心点的距离为6毫米。

6.一种集中器无线公网通信测试方法，其特征在于：步骤是：

⑴上电准备：对集中器无线公网智能检测系统进行上电，此时，工控电脑、安捷伦8960、安捷伦信号源E4438C和工位PLC会完成上电和开机；当工控电脑开机完成，系统检测软件将会自动启动，启动完成后，会依次完成对安捷伦8960、安捷伦信号源E4438C的初始设置，并依次打开测试软件与测试工位PLC通信端口、测试工位与射频开关通信端口、测试软件与外界PLC服务器通信端口，进而自动完成测试系统上电、初始设置和开启通信端口一系列准备工作；

⑵集中器入检测工位PLC动作：当集中器由PLC控制物流至集中器无线公网智能检测工位前的顶升移载时，PLC向测试工位发送入仓请求，测试工位PLC收到入仓请求后并仓内无检测终端时，测试工位PLC向流水线PLC发送允许进仓指令；此时，检测工位PLC依次完成步进皮带正转完成托盘进仓、步进电机前进完成托盘到达水平测试位置、托盘顶升完成托盘到达竖直测试位置、接驳夹紧完成接线柱到位；

⑶无线公网检测：主控电脑的系统检测软件通过控制线一直对检测工位内PLC状态进行检测，当检测工位PLC完成上述动作后，会向检测软件发送集中器到位指令；此时，测试软件通过控制线控制检测工位PLC对屏蔽箱中左侧终端进行上电，同时将射频开光切换至左侧耦合板完成对左侧集中器测试前的准备工作；然后，安捷伦8960作为模拟主站与集中器进行建立通话、发射功率、相位误差、频率误差、开关频谱、调制频谱、接收灵敏度、突发脉冲功率对时间、结束通话九个测试项进行测试；

⑷当完成左侧集中器测试后，测试软件通过控制线控制检测工位PLC断开屏蔽箱内左侧终端电源并对右侧终端进行上电，同时将射频开光切换至右侧耦合板；然后，控制安捷伦8960模拟主站完成与右侧终端建立通话、发射功率、相位误差、频率误差、开关频谱、调制频谱、接收灵敏度、突发脉冲功率对时间、结束通话九个测试项的测试；测试完成后，测试软件可以将测试结果保存在本地主控电脑和发送至外界PLC服务器，并通知服务器出仓；

⑸集中器出检测工位PLC动作：当分别完成托盘内左右集中器检测后，测试软件会通过控制线向检测工位PLC发送请求出仓；此时，检测工位PLC分别完成接驳放松完成接线柱撤离、托盘下降完成托盘到达竖直出仓位置、步进电机后退完成托盘到达水平出仓位置、步进皮带反转完成托盘出仓。