CN114113847B - 一种用于继电保护cpu插件的测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置,包括PW板、SMBUS总线、开出驱动模块DO1、模拟量采集模块AI1、功率采集模块分别与探针板相连，PW板为MTE的总电源，为MTE供电，SMBUS总线用于的主控板读取功率采集模块的功率值，开出驱动模块DO1与继电器1相连，用于实现主控板下发继电器出口指令，闭合或者打开继电器节点，模拟量采集模块AI1与探针板上的探针相连，用于通过探针采集CPU插件各电源轨的电压值，探针板上具有PWD接口，PWD接口通过电源线缆束与BP板的PWU接口相连，用于给CPU插件供电，本发明所述的由人工测试过渡到了自动化测试，同时兼顾了全部测试项，最大程度上优化了生产流程，提高了生产效率，保障了继电保护装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于牵引变电站继电保护领域，尤其是涉及一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置。
背景技术
目前，在继电保护装置的CPU单板生产时，对于程序下载及板件功能等检测还采用人工调试手段，由于测试工作量较大，容易导致出现漏检、错检、生产效率低等问题。(Manufacture Test Equipment，MTE)生产测试工装的设计目的是为了优化继电保护装置CPU单板生产调试流程，降低CPU单板及保护装置故障率，提高可靠性，同时也可促进继电保护装置生产装配效率提升，保障后续工程项目实施顺利实施。因此，MTE具备迫切的研发需求及实际工程意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置，以解决了继电保护装置CPU单板生产时多人多环节介入导致接口复杂、流程不畅、故障率高等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于继电保护CPU插件的测试方法,包括以下步骤：
S1、生产测试装置轮询扫描各个测试端口及各通信接口的运行情况，反馈给电脑PC并生成初始化运行报告，生产测试装置进入等待测试状态；
S2、将CPU插件安装在生产测试装置的背板BP上，使CPU插件的被测点与生产测试装置的探针接触，电脑端PC启动生产测试装置，生产测试装置启动后控制继电器动作，为背板BP及CPU插件供电；
S3、生产测试装置对CPU插件的各电源轨电压测量得到电压值，通过已设置的电压波动阈值判定CPU插件各电源轨的供电情况，反馈给电脑端PC进行显示；
S4、根据CPU插件各电源轨电压值，分析CPU插件各电源轨的上电时序，并与已设置的时序对比，判定CPU插件各电源轨上电过程是否存在异常，反馈至电脑端PC进行显示；
S5、生产测试装置控制继电器给CPU插件上电，生产测试装置读取CPU插件功率值，通过已设置的功率阈值判断CPU功率值是否存在异常，反馈给电脑端PC进行显示；
S6、电脑端PC将FPGA逻辑和uboot程序通过生产测试装置的探针写入CPU插件中，CPU插件重新上电后，即可运行；
S7、CPU通过以太网在电脑端PC下载测试应用程序，测试应用程序启动后生产测试装置上的测试模块完成对CPU插件相应功能测试，测试结果返回电脑端PC，电脑端PC将测试结果生成日志文件保存，完成一次测试；
S8、重复步骤S1-S7，进入循环测试任务。
进一步的，步骤S1中的电脑PC安装有上位机测试软件，上位机测试软件包括HMI交互界面，HMI交互界面包括电压、电流、功率显示区，打印信息显示区，LOG区及控制操作区；
进一步的，步骤S1中进入等待测试状态前的具体检测情况包括以下步骤：
S101、电脑端PC上位机测试软件启动，控制生产测试装置轮询扫描各测试SMBUS总线、开出驱动模块D01、模拟量采集模块AI1、以太网、USB接口及COM接口的运行情况；
S102、上位机测试软件将各个接口的运行情况生成运行报告，报告包括各端口的功能情况、各通信接口的通信速率、开出驱动模块D01的出口动作确认；
S103、电脑端PC通过以太网向生产测试装置下发闭锁各测试端口指令，生产测试装置进入等待测试状态。
进一步的，步骤S3中具体包括以下步骤：
S301、电脑端PC的上位机测试软件自动向生产测试装置下发采集CPU插件的各电源轨电压量命令，生产测试装置接收采集命令；
S302、生产测试装置接收到采集命令后，利用AD转换模块采集CPU插片的各电源轨电压，并缓存在生产测试装置的主控板内，
S303生产测试装置将缓存的CPU插片的各电源轨电压通过不同通道的以太网发送给电脑端PC，电脑端PC接收后，按照设定的电压波动阈值，判定各电源轨电压值是否在合理范围内，并在HMI界面实时显示；
S304、若不在合理范围内的通道电源轨电压采用不同颜色高亮度标注，同时产生故障报告；
进一步的，步骤S4中分析CPU插件各电源轨的上电时序，并与已设置的时序对比，判定CPU插件各电源轨上电过程是否存在异常的具体分析及判断过程如下：
S401、对生产测试装置采集到的各电源轨电压值实时进行边沿检测，当出现上升沿时候，判定该路已上电，生产测试装置并记录该通道上升沿发生时刻，依次发送给电脑端PC，
S402、电脑端PC接收到数据后，按照时间和模拟量采集通道进行计算上电时序，与规定的上电时序范围进行比对，判定所述的上电时序是否在合理范围内，并在HMI界面实时显示；
S403、不在合理范围内的通道上电时序采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告。
步骤S402中的上电时序计算公式如下：ΔU＝|U1-U2|，规定的上电时序范围为：小于0.1v；
其中，ΔU为电压变化量；U1为预设电压值；U2为采集电压值。
进一步的，步骤S5中判断CPU功率值是否存在异常判断过程包括以下内容：
S501、当继电器闭合时，生产测试装置获取CPU插件的功率为P1；
S502、当继电器闭合延时T2时，生产测试装置获取CPU插件的功率值为P2；
S503、计算两个状态下的功率值的变化量即：ΔP＝|P2-P1|，得到的功率变化量ΔP<1.5W为允许区间；
其中，ΔP为电压变化量；P1为预设电压值；P2为采集电压值；
S504、每间隔T2时间，均需对每两个连续功率值变化量进行计算并判断变化量是否在允许的区间内，从而判定CPU插件是否工作正常，是否存在短路或断路故障情况；
S505、判定功率值状态后，在HMI界面实时显示，不在合理范围内的通道上电时序采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告。
一种用于继电保护CPU插件的测试装置，包括生产测试装置、电脑端PC、可编程信号发生器；
生产测试装置包括：PW板、主控板、背板BP、探针板、功率采集模块；
PW板、主控板、背板BP、功率采集模块分别与探针板连接，PW板分别为主控板、背板BP、探针板、功率采集模块供电，主控板与背板BP通过继电器1连接，主控板通过SMBUS总线与功率采集模块连接，功率采集模块与背板BP连接，CPU插件安装在背板BP上与功率采集模块连接；
探针板上包括n路探针，CPU插件与n路探针连接；
主控板包括开出驱动模块DO1、模拟量采集模块AI1，开出驱动模块D01与继电器1连接，模拟量采集模块AI1与n路探针连接；
SMBUS总线用于所述的主控板读取功率采集模块的功率值；
开出驱动模块D01用于主控板下发继电器出口指令，闭合或者打开继电器节点；
模拟量采集模块AI1用于通过探针采集CPU插件各电源轨的电压值；
背板BP上安装有继电器2、模拟量采集模块AI2、内部遥信测试模块、遥信测试模块DI、人机交互模块HMI、中断测试模块以及开出驱动模块DO2；
电脑端PC通过E0以太网接口与主控板连接进行指令下方及数据交互；
电脑端PC通过USB1与探针板的USB11接口相连，用于USB协议转为JTAG和SPI，为下载FPGA逻辑和uboot程序建立物理通道；
电脑端PC通过E1和USB0与CPU插件的E11和COM2相连，用于指令下发和数据交互；
USB0到COM2采用的USB转RS232串口；
电脑端PC通过COM1与可编程信号发生器的COM11相连，用于PC侧控制可编程控制产生模拟量信号；
可编程信号发生器与背板BP相连，当时CPU插件利用模拟量采集模块AI2进行模拟量测试时，可利用所述的可编程信号发生器产生的模拟量信号；
所述的继电器2用于隔离BP板上各测试模块。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置，由人工测试过渡到了自动化测试，同时兼顾了全部测试项，最大程度上优化了生产流程，提高了生产效率，保障了继电保护装置的可靠性。
(2)本发明所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置，节省了成本投入，简化了下载操作，使得测试人员只需一键即可完成所有测试，与传统的程序下载方式对比，无需购买昂贵的烧写器及调试软件，本发明利用协议转换，高效的实现了程序的下载，同时将测试任务集约化，按照测试流程一一测试，中途无需人工接入。
(3)本发明所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法及装置，设备功能精简，易于维护，且具有强大的扩展能力及兼容能力，可快速移植到后续的新设计板件测试上。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法流程图；
图2为本发明创造实施例所述的一种用于继电保护CPU插件的测试装置系统结构示意图；
图3为本发明创造实施例所述的一种用于继电保护CPU插件的测试装置系统中INA233典型高侧传感电路配置示意图；
图4为本发明创造实施例所述的一种用于继电保护CPU插件的测试装置系统的模拟量采集模块示意图；
图5为本发明创造实施例所述的一种用于继电保护CPU插件的测试装置系统的HMI界面示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种用于继电保护CPU插件的测试方法，包括以下步骤：
S1、初始化测试系统参数，电脑端PC控制生产测试装置MTE轮询扫描各测试端口、电脑端PC各通信接口的运行情况，生成初始化运行报告，电脑端PC通过以太网向MTE侧下发闭锁各测试端口指令，测试系统进入等待测试状态；
S2、待测CPU插件安装完成，背板BP与CPU插件的组合体按照固定行程靠近探针板安装，使得CPU插件上的被测点位充分与探针接触，MTE准备就绪后，PC侧通过以太网向MTE主控板发送控制信号，通过开出驱动模块DO1控制继电器动作，节点闭合，给BP板及CPU插件供电；
S3、MTE利用模拟量采集模块AI模块对CPU插件的各电源轨进行电压测量，得到电压值，通过已设置的电压波动阈值判定CPU插件各电源轨供电情况，返回给PC端，由PC显示；
S4、根据MTE采集到的各电源轨电压值，分析CPU插件各电源轨的上电时序，并与已设置的时序比对，判定CPU插件各电源轨上电过程是否存在异常，返回给PC侧，由PC显示；
S5、PC侧通过以太网向MTE主控板发送读取CPU插件功率指令，MTE先控制开出驱动模块DO1闭合继电器继电，给CPU插件上电，主控板通过SMBUS总线读取功率采集模块已转换完成的功率值，返回给PC侧，由PC显示；
S6、PC端利用USB转JTAG和SPI协议，通过探针向CPU插件写入FPGA逻辑和uboot程序，写入完成后，其中FPGA逻辑和uboot程序存储在MTE中的主控板上或存储在PC端，复位CPU插件，并将写入结果在PC侧显示，此时的CPU插件可运行；
S7、CPU插件通过以太网向PC端下载测试应用程序，测试应用程序运行后自动利用BP板上的AI2测试模块、IDI测试模块、DI测试模块、HMI测试模块、中断测试模块以及DO2测试模块等完成对CPU插件相应功能的测试，测试结果通过以太网返回给PC侧，由PC显示；
S8、生成测试过程日志保存，完成一次测试；
S9、重复S1-S8,进入循环测试任务。
所述步骤S1包括以下步骤，
(1)在PC测安装上位机测试软件，作为测试系统控制的发起端、存储端和显示端，该测试软件带有HMI交互界面，界面包括电压、电流、功率显示区、打印信息显示区、LGO区及控制操作区，用户可一键完成测试，并且支持中途手动停止，如图2所示；
(2)启动软件初始化测试系统参数，控制MTE轮询扫描各测试SMBUS总线、开出驱动模块DO1、模拟量采集模块AI1、以太网、USB及COM接口的运行情况，
(3)对测试系统初始化后生成生成运行报告，运行报告的内容包括各端口的功能情况、各通信接口的通信速率、开出驱动模块DO1出口动作确认等信息；
开出驱动模块DO1出口动作确认由于开出驱动模块DO1的执行单元为小型电磁继电器，动作确认即为继电器执行指令后接点闭合确认，可理解为发出了闭合指令，发出指令的一侧要知道执行侧是否真正执行了指令，因此要确认。
(4)PC侧通过以太网向MTE侧下发闭锁各测试端口指令，测试系统进入等待测试状态。
所述步骤S3包括以下步骤，
(1)PC侧按照程序执行过程，自动向MTE下发采集CPU插件的各电源轨电压量命令，MTE响应命令；
(2)模拟量采集模块中的AD转换芯片采用同步采样芯片(具有多个采集通道，所有通道都基于相同的节拍同步采集)，保证各电源轨的采样值在同一时剖面，当AD转换芯片转换完毕后，MTE的主控板按照定周期T1通过SPI总线读取采样值；
(3)MTE将缓存的采样数据，按照不同通道，通过以太网发送给PC，PC接收到后，按照设定的电压波动阈值，判定所述的各电源轨电压值是否在合理范围内，并在HMI界面实时显示，不在合理范围内的通道采样值采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告。
所述步骤S4包括以下步骤：利用所述的步骤3中MTE采集到的各电源轨电压值，对模拟量采集模块AI的每个模拟量采集通道的电压值实时进行边沿检测，当出现上升沿时候，判定该路已上电，MTE并记录该通道上升沿发生时刻，依次发送给PC，PC接收到数据后，按照时间和模拟量采集通道进行计算，与规定的上电时序进行比对，判定所述的上电时序是否在合理范围内，并在HMI界面实时显示，不在合理范围内的通道上电时序采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告。
如图3、图4所示，所述的功率采集模块实施方案为：
整机功率测试可设置采样电阻，结合放大器设计；
整机功率测试可采用集成芯片TI的INA233。
对于整机和CPU插件功率的测量，主要涉及整机和CPU插件电压量、电流量和功率的测量，若测量芯片为TI的INA233，可简便实现。INA233是一款高侧或低侧测量双向电流、电压和功率监视器，具有兼容I2C、SMBus和PMBus的接口，并可与1.8V至5V的数字总线电压兼容。该器件监控并报告电流、电压和功率值。集成电源累加器可用于能源和平均功耗计算。可编程校准值、转换时间和取平均值与内部乘法器结合使用时，可实现电流值(单位为A)和功率值(单位为W)的直接读取。INA233可在独立于电源电压的0V至36V共模总线电压范围内感测电流。该器件由一个2.7V至5.5V的单电源供电，在正常运行条件下消耗310μA的典型电源电流。可以将该器件置于低功耗待机模式，该模式下的典型工作电流仅有2μA。该器件的额定工作温度范围为-40℃至+125℃，并具有多达16个可编程地址。
如图3所示，INA233典型高侧传感电路配置，INA233测量电压是通过电流流过电流感应的分流电阻(R_SHUNT)时在其上产生的电压。当校准寄存器(MFR_CALIBRATIONregister)配置正确时，该设备还可以测量母线供电电压并计算功率。该器件具有告警功能，告警引脚可以被编程来响应用户定义的事件或转换准备通知。这个设计说明了ALERT引脚对设定的输入过电压阈值的响应能力，以及如何正确设置校准寄存器和计算返回值。
校准寄存器的编程过程，计算PMBus系数，设置正确的过压和过流警告阈值，以及如何正确调整器件返回值的比例。器件告警响应时间也可用140-μs和1.1-ms ADC转化率进行考察。包括以下步骤：
步骤一，对校准寄存器进行编程；
假设峰值电流小于15A，使用公式2计算Current_LSB的结果是457.7μA/bit，为Current_LSB选择500μA/bit或1mA/bit的值，可以大大简化从READ_IN和READ_PIN命令返回的值到安培和瓦特的转换。对于这个案例，对于Current_LSB可以选择设置为1mA/bit。对于Current_LSB使用这个值可以用少量的分辨率换取用户方面更简单的转换过程。在本例中使用公式1，Current_LSB值为1mA/bit，分流电阻为2mΩ，结果MFR_CALIBRATION寄存器的值为2560d(或A00h)。公式1和公式2如下所示。
CAL＝0.00512/Current_LSB·RSHUNT (1)
Current_LSB＝MaximumExpectedCurrent/215 (2)
式中，0.00512是内部固定值，用于确保适当地维护比例。
步骤二，计算PMBus系数；
对于READ_VIN和READ_VOUT返回的母线电压测量，m、b和R系数是固定的，可从表1中获得。
表1遥测和警报转换系数(RSinmΩ)
对于电流和功率的测量，m和R系数的值必须计算。对于由READ_VIN和READ_VOUT指令返回的电流值测量，m的值是通过反转Current_LSB来计算的，用来设置MFR_CALIBRATION寄存器，并在需要时移动小数点位置，以减少四舍五入的误差。此设计中，使用1mA/bit的Current_LSB，m的值计算为1000。移动小数点位置不会获得更高的精度，因为m的值是一个整数。此设计中R值为0是因为m值的小数点位置不需要移位。
POWER_LSB的值是Current_LSB的25倍，因此，m的值减少了25倍。此设计中，m功率系数的值为1000/25或40。对于这个案例，R的系数也是0因为m是一个整数。如果m不是一个整数，然后移动小数点位有利于减少舍入误差，同时保持值在-32768和32767之间。小数向右移动，R的值为负值，而向左移动，R的值为正值，移位的次数是R的绝对值。0值可以用于b的电流和功率测量，精度损失很小，因为功率和电流测量的偏移量非常低。
步骤三，对告警阈值编程；
告警阈值的设置是利用公式3对m、b和R进行正确取值将告警值从伏特、安培和瓦特转换为适当的digital word。公式3如下所示。
Y＝(mX+b)×10R (3)
式中，X为实际值(伏特、安培、瓦特、温度等)；m为斜率系数，一个2字节的二进制补码整数；Y为写入器件的一个2字节二进制补码整数；b为偏移量，也是一个二进制补码整数；R为指数，是一个字节的二进制补码整数。
例如，使用VIN_OV_WARN_LIMIT指令去设置总线电压过压告警值5.5V，写入这个寄存器正确的值为4400d或者1130h。16位字中最不重要的最后三位被强制编码为0，因为警告阈值只有12位的有效分辨率。对于次设计，写入VIN_OV_WARN_LIMIT寄存器中的内容没有变化，因为最后三个位已经是零了。使用IIN_OC_WARN_LIMIT指令设置过流告警等级为15A，写入这个寄存器正确的值为15000d或者3A98h。
步骤四，计算返回的遥测值；
当m，b，R系数的值已知时，返回值可以使用公式(3)和计算出的m、b和R系数进行计算转换为伏特、安培或者瓦特。或者，返回值可以通过将返回的代码乘以相应的LSB大小来计算，这一点在校准寄存器和缩放(Calibration Register and Scaling)部分有讨论。
步骤五，供电控制与指示。
MTE系统外部电源开关合闸后，5V电源模块先为MTE供电，通过INA233采集当前供电条件下的供电电压、电流及功能等电量，待确认5V电源模块供电相关电量在合理阈值内时，MTE发出控制指令，控制1A继电器接点闭合，为DUT供电，接点前后应设置合理的阻塞元件，防止接点闭合时产生的暂态电磁干扰，并且控制电量5V电源供电指示灯。此时再次采集供电电压、电流及功能等电量，与接点闭合前电量作差，得出DUT负载功率等，为后续的监视功能做数据准备。5V系统供电逻辑流程图如图5所示，
为了与INA233通信，主设备必须首先通过一个从站地址字节对从设备设备进行寻址，从属地址字节由七个地址位和一个方向位组成，方向位表示动作是读或写操作。INA233有两个地址配置引脚A0和A1，表2列出了16个可能地址中的每个引脚的逻辑电平，器件在每次总线通信时对A0和A1引脚的状态进行采样。确保在接口上的任何活动发生之前建立引脚状态。
表2地址引脚和从设备地址
| A0 | A1 | SLAVE ADDRESS |
| GND | GND | 1000000 |
| GND | VS | 1000001 |
| GND | SDA | 1000010 |
| GND | SCL | 1000011 |
中INA233的I2C访问地址暂定为0x40(100_0000)。PMBus Command Support部分列举了所支持的PMBus指令和相关的地址，下面列出本设计中用到的几个关键指令及地址，如表3所示。需要关注其他参数请查看datasheet中PMBus Command Support部分，同时，支持字节读和块读。
表3所支持的PMBus指令
在步骤S5中，所述的采集到CPU插件的功率值包括暂态功率P1和稳态功率P2两种，测试系统读取两种功率的步骤为：
(1)当DO1控制继电器1闭合时，MTE通过SMBUS获取功率采集模块功率值，此时为P1；
(2)测试系统经过延时T2，MTE再通过SMBUS获取功率采集模块功率值，此时为P2；
(3)计算ΔP＝P2-P1,得到功率变化量ΔP，ΔP<1.5W为允许区间；
(4)每间隔T2时间，均需对每两个连续功率值进行步骤(3)计算，判定CPU插件是否工作正常，是否存在短路或断路等故障情况；
(4)判定功率值状态后，在HMI界面实时显示，不在合理范围内的通道上电时序采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告。
如图2所示，一种用于继电保护CPU插件的测试装置，包括MTE、PC以及可编程信号发生器；
所述的MTE包括PW板、主控板、SMBUS总线、开出驱动模块DO1、模拟量采集模块AI1、探针板、n路探针、继电器1、功率采集模块、BP板等，所述的PW板、SMBUS总线、开出驱动模块DO1、模拟量采集模块AI1、功率采集模块分别与探针板相连，所述的PW板为MTE的总电源，为MTE供电，所述的SMBUS总线用于所述的主控板读取功率采集模块的功率值，所述的开出驱动模块DO1与继电器1相连，用于实现主控板下发继电器出口指令，闭合或者打开继电器节点，所述的模拟量采集模块AI1与探针板上的探针相连，用于通过探针采集CPU插件各电源轨的电压值，所述的探针板上具有PWD接口，所述的PWD接口通过电源线缆束与BP板的PWU接口相连，用于给CPU插件供电，
所述的BP板上具有继电器2、AI2测试模块、IDI测试模块、DI测试模块、HMI测试模块、中断测试模块以及DO2测试模块等，它们用于CPU插件相应功能测试，
所述的PC通过E0以太网接口与所述的MTE主控板E01接口相连，实现指令下发与数据交互功能；所述的PC通过USB1与探针板的USB11接口相连，用于实现USB协议转为JTAG和SPI，为下载FPGA逻辑和uboot程序建立物理通道，所述的PC通过E1和USB0与CPU插件的E11和COM2相连，用于实现指令下发和数据交互等，所述的USB0到COM2采用的USB转RS232串口，所述的PC通过COM1与可编程控制的COM11相连，用于PC侧控制可编程控制产生模拟量信号，所述的可编程信号发生器与背板BP相连，当时CPU插件利用AI2测试模块进行模拟量测试时，可利用所述的可编程信号发生器产生的模拟量信号；所述的继电器2用于隔离BP板上各测试模块，保障功率采集模块测试CPU插件功率准确。
一种用于继电保护CPU插件的测试系统，包括软件系统和硬件系统两部分；
所述的软件系统包括：(1)运行在PC上的上位机软件，用于控制MTE、程控信号发生、CPU插件、计算判断及HMI显示等；(2)运行在MTE主控板上的测试程序，用于实现所述的CPU插件功率采集、电压量采集、出口控制与通信等功能；(3)运行在CPU插件上电测试应用程序，它的作用是利用BP板上各测试电路实现自身相应模块自测，同时实现与PC侧通信；
所述的硬件系统包括上述的一种用于继电保护CPU插件的测试装置。
如图5所示，所述的测试装置与系统的HMI界面示意图包含5个显示区，分别为：
(1)MET名称及版本、测试人及Internet时间；
(2)电压/电流/功率显示区，主要显示额定电压值、实际电压测量值、判定电压状态、功率实时波形图及上电时序测量图；
(3)打印信息显示区，主要显示软件的实时进程、问题提示等；
(4)LOG区，主要用于存储测试日志，用于测试查询、检查检验凭证等；
(5)控制操作区，主要功能为控制MTE启动或者停止，均为一键操作，方便测试与人员培训等。
具体实现时可根据实际情况调整。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于继电保护CPU插件的测试方法,其特征在于包括以下步骤：
S1、生产测试装置轮询扫描各个测试端口及各通信接口的运行情况，反馈给电脑PC并生成初始化运行报告，生产测试装置进入等待测试状态；
S2、将CPU插件安装在生产测试装置的背板BP上，使CPU插件的被测点与生产测试装置的探针接触，电脑端PC启动生产测试装置，生产测试装置启动后控制继电器动作，为背板BP及CPU插件供电；
S3、生产测试装置对CPU插件的各电源轨电压测量得到电压值，通过已设置的电压波动阈值判定CPU插件各电源轨的供电情况，反馈给电脑端PC进行显示；
S4、根据CPU插件各电源轨电压值，分析CPU插件各电源轨的上电时序，并与已设置的时序对比，判定CPU插件各电源轨上电过程是否存在异常，反馈至电脑端PC进行显示；
S5、生产测试装置控制继电器给CPU插件上电，生产测试装置读取CPU插件功率值，通过已设置的功率阈值判断CPU功率值是否存在异常，反馈给电脑端PC进行显示；
S6、电脑端PC将FPGA逻辑和uboot程序通过生产测试装置的探针写入CPU插件中，CPU插件重新上电后，即可运行；
S7、CPU通过以太网在电脑端PC下载测试应用程序，测试应用程序启动后生产测试装置上的测试模块完成对CPU插件相应功能测试，测试结果返回电脑端PC，电脑端PC将测试结果生成日志文件保存，完成一次测试；
S8、重复步骤S1-S7，进入循环测试任务。
2.根据权利要求1所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法，其特征在于：步骤S1中的电脑PC安装有上位机测试软件，上位机测试软件包括HMI交互界面，HMI交互界面包括电压、电流、功率显示区，打印信息显示区，LOG区及控制操作区。
3.根据权利要求1所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法，其特征在于：步骤S1中进入等待测试状态前的具体检测情况包括以下步骤：
S101、电脑端PC上位机测试软件启动，控制生产测试装置轮询扫描各测试SMBUS总线、开出驱动模块D01、模拟量采集模块AI1、以太网、USB接口及COM接口的运行情况；
S102、上位机测试软件将各个接口的运行情况生成运行报告，报告包括各端口的功能情况、各通信接口的通信速率、开出驱动模块D01的出口动作确认；
S103、电脑端PC通过以太网向生产测试装置下发闭锁各测试端口指令，生产测试装置进入等待测试状态。
4.根据权利要求1所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法，其特征在于：步骤S3中具体包括以下步骤：
S301、电脑端PC的上位机测试软件自动向生产测试装置下发采集CPU插件的各电源轨电压量命令，生产测试装置接收采集命令；
S302、生产测试装置接收到采集命令后，利用AD转换模块采集CPU插片的各电源轨电压，并缓存在生产测试装置的主控板内，
S303生产测试装置将缓存的CPU插片的各电源轨电压通过不同通道的以太网发送给电脑端PC，电脑端PC接收后，按照设定的电压波动阈值，判定各电源轨电压值是否在合理范围内，并在HMI界面实时显示；
S304、若不在合理范围内的通道电源轨电压采用不同颜色高亮度标注，同时产生故障报告。
5.根据权利要求1所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法，其特征在于：步骤S4中分析CPU插件各电源轨的上电时序，并与已设置的时序对比，判定CPU插件各电源轨上电过程是否存在异常的具体分析及判断过程如下：
S401、对生产测试装置采集到的各电源轨电压值实时进行边沿检测，当出现上升沿时候，判定该路已上电，生产测试装置并记录该通道上升沿发生时刻，依次发送给电脑端PC，
S402、电脑端PC接收到数据后，按照时间和模拟量采集通道进行计算上电时序，与规定的上电时序范围进行比对，判定所述的上电时序是否在合理范围内，并在HMI界面实时显示；
S403、不在合理范围内的通道上电时序采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告；
步骤S402中的上电时序计算公式如下：ΔU＝|U1-U2|，规定的上电时序范围为：小于0.1v；
其中，ΔU为电压变化量；U1为预设电压值；U2为采集电压值。
6.根据权利要求1所述的一种用于继电保护CPU插件的测试方法，其特征在于：步骤S5中判断CPU功率值是否存在异常判断过程包括以下内容：
S501、当继电器闭合时，生产测试装置获取CPU插件的功率为P1；
S502、当继电器闭合延时T2时，生产测试装置获取CPU插件的功率值为P2；
S503、计算两个状态下的功率值的变化量即：ΔP＝|P2-P1|，得到的功率变化量ΔP<1.5W为允许区间；
其中，ΔP为电压变化量；P1为预设电压值；P2为采集电压值；
S504、每间隔T2时间，均需对每两个连续功率值变化量进行计算并判断变化量是否在允许的区间内，从而判定CPU插件是否工作正常，是否存在短路或断路故障情况；
S505、判定功率值状态后，在HMI界面实时显示，不在合理范围内的通道上电时序采用不同颜色高亮标记，同时产生故障报告。
7.一种用于继电保护CPU插件的测试装置，其特征在于包括生产测试装置、电脑端PC、可编程信号发生器；
生产测试装置包括：PW板、主控板、背板BP、探针板、功率采集模块；
PW板、主控板、背板BP、功率采集模块分别与探针板连接，PW板分别为主控板、背板BP、探针板、功率采集模块供电，主控板与背板BP通过继电器1连接，主控板通过SMBUS总线与功率采集模块连接，功率采集模块与背板BP连接，CPU插件安装在背板BP上与功率采集模块连接；
探针板上包括n路探针，CPU插件与n路探针连接；
主控板包括开出驱动模块DO1、模拟量采集模块AI1，开出驱动模块D01与继电器1连接，模拟量采集模块AI1与n路探针连接；
SMBUS总线用于所述的主控板读取功率采集模块的功率值；
开出驱动模块D01用于主控板下发继电器出口指令，闭合或者打开继电器节点；
模拟量采集模块AI1用于通过探针采集CPU插件各电源轨的电压值；
背板BP上安装有继电器2、模拟量采集模块AI2、内部遥信测试模块、遥信测试模块DI、人机交互模块HMI、中断测试模块以及开出驱动模块DO2；
电脑端PC通过E0以太网接口与主控板连接进行指令下方及数据交互；
电脑端PC通过USB1与探针板的USB11接口相连，用于USB协议转为JTAG和SPI，为下载FPGA逻辑和uboot程序建立物理通道；
电脑端PC通过E1和USB0与CPU插件的E11和COM2相连，用于指令下发和数据交互；
USB0到COM2采用的USB转RS232串口；
电脑端PC通过COM1与可编程信号发生器的COM11相连，用于PC侧控制可编程控制产生模拟量信号；
可编程信号发生器与背板BP相连，当时CPU插件利用AI2测试模块进行模拟量测试时，可利用所述的可编程信号发生器产生的模拟量信号；
所述的继电器2用于隔离BP板上各测试模块。
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