一种适用于继电保护装置的单板自动测试系统及方法
文献发布时间：2023-06-19 13:46:35
技术领域
本发明涉及一种适用于继电保护装置的单板自动测试系统及方法，属于电路板测试技术领域。
背景技术
继电保护装置广泛运用于社会日常的电力保护中，实时监测着电力系统的正常运行。当电力元件或是电力系统本身发生故障时，继电保护装置可以及时监测到电流、电压的异常变化，迅速准确地向断路器发出跳闸指令，能够最大限度减少故障设备对电力系统安全供电的影响，保护电网安全稳定运行。随着现代电力自动化技术飞快发展，继电保护装置类型多样，功能趋于复杂，硬件集成度越来越高，提高整机安全可靠性也变成了一个重要议题。
继电保护装置功能主要分为三个部分，即测量部分、逻辑部分、执行部分，由装置内部的单板插件配合完成，各单板的硬件稳定性和功能健全性直接决定着整机装置功能的预期实现，因此，单板测试是装置生产中一个不可或缺的环节。
现有的单板测试多采用如下技术：
现有技术1采用串口和USB方式进行测试命令的发送。然而该方案测试命令的发送依赖于串口和USB，多块单板测试时需重新增加多套串口和USB通信设备，并重新配置和连接测试平台，且并行测试效率低。
现有技术2采用通用的自动测试和故障诊断系统，支持不同类型设备的自动测试。然而该方案以RS232作为测试仪器和待测设备信息交互的手段，其通讯速率较低，在处理数据量较大的测试时会显得尤为吃力；并且测试命令的发送、数据接收传输依赖于测试仪器，测试成本较高。
现有技术3采用将测试程序等功能装载于数据处理机，通过设置参数来对待测装置进行整体自动化测试。然而该方案需要提前设置测试参数，且随着测试项的增多，参数设置也变得复杂，测试人员需要拥有一定的专业技能。
现有技术4采用基于任务分配端和移动测试端的自动测试系统方案，然而该方案测试功能单元的设计部分较为复杂，测试结果的存放和分析还需专门设计和搭建一个带有数据处理功能的远程服务器，技术难度较大，在实际工业控制领域中工程应用价值较低。
综上所述，目前继电保护装置种类较多，单板功能复杂多异，企业日生产单板量大，如果自动化测试程度不高，且过度依赖技术人员层层把控的话，人力物力的损耗也将成为企业日常生产中的一大难题；现有的自动测试系统研发周期长，造价昂贵，自动化程度较低，测试效率不高。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于继电保护装置的单板自动测试系统及方法，旨在提供一种研发周期短，自动化程度高，测试效率高的自动化测试系统方案，实现对继电保护装置单板插件的全自动测试。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种适用于继电保护装置的单板自动测试系统，包括测试机箱，测试母板，上位机。
所述测试机箱两端设置有开口，测试机箱后端固定有测试母板，测试机箱顶部设置有上导轨，底部设置有下导轨。
所述测试母板的正面设置有多对插槽，每对插槽包括第一插槽、第二插槽，测试母板正面还设置有电源插槽，电源插槽末端与电源输入端、接地端相连接。所述每对插槽的第一插槽的供电引脚分别与电源输入端、接地端相连接。测试母板的背面设置有多个网络接口。所述每对插槽的第一插槽的片选引脚分别电源输入端、接地端相连接，第二插槽的网口引脚与对应的网络接口相连接。每个网络接口分别与交换机输入端相连接，交换机输出端与上位机相连接；所述每对插槽用于与待测单板相连接。
作为优选方案，所述第一插槽采用48针插槽。
作为优选方案，所述第二插槽采用96针插槽。
作为优选方案，所述电源插槽采用48针插槽。
作为优选方案，所述上位机运行单板自动测试软件，所述单板自动测试软件包括：功能页面模块、测试页面模块、测试结果模块。
所述功能页面模块，包括：设置待测单板数N、获取单板信息，更新程序版本，发送测试程序，获取测试log。
所述设置待测单板数N，用于输入第N块待测单板的数值。
所述获取单板信息，用于获取继电保护装置的单板型号及参数。
所述更新程序版本，用于获取匹配继电保护装置的单板型号及参数的测试程序版本号。
所述发送测试程序，用于根据测试程序版本号获取测试程序。
所述获取测试log，用于获取待测单板的测试日志。
所述测试页面模块，包括：已启动单板，已测完单板，开始测试，单板N测试页面。
所述已启动单板，用于获取正在测试的待测单板。
所述已测完单板，用于获取测试结束的待测单板。
所述开始测试，用于启动待测单板的测试程序。
所述单板N测试页面，包括多个待测单板的测试结果按扭，用于选择第N块待测单板结果。
所述测试结果模块，包括：测试完成指示灯，测试用时统计，多个待测单板测试过程记录。
所述测试完成指示灯，用于当待测单板完成测试后，点亮指示灯。
所述测试用时统计，用于统计待测单板的测试时长。
所述待测单板测试过程记录，用于显示第N块待测单板的测试过程情况。
一种适用于继电保护装置的单板自动测试方法，具体步骤如下：
第一步：将待测单板按照平台归类依次放置于各类测试母板内，并进行供电。
第二步：各待测单板通过测试母板上的网络接口经交换机和上位机相连接，所有待测单板置于同一网段。
第三步：上位机读取待测单板的测试程序。
第四步：启动测试程序，配置待测单板数目。
第五步：通过IP轮询与各待测单板建立通讯连接。
第六步：给各待测单板发送约定命令获取待测单板基本信息。
第七步：根据待测单板基本信息判断测试程序版本是否正确，如正确进入下一步，否则执行程序升级，升级后继续判断测试程序版本，直到测试程序版本正确。
第八步：按下自动测试按钮执行测试程序，上位机读取待测单板测试程序，并下传测试程序至各待测单板内部。
第九步：上位机通过以太网发送程序执行指令给各待测单板，各待测单板启动测试程序。
第十步：各待测单板的测试结果和过程实时上传上位机，上位机根据测试结果和过程检测各待测单板中模块，并在上位机页面内显示通过/不通过相关信息。
第十一步：测试完成后，待测单板内部测试日志上传上位机，测试完成。
作为优选方案，所述测试程序针对待测单板中各设备设置有独立测试子程序。
作为优选方案，上位机以FTP方式将测试程序传输至各待测单板内部。
作为优选方案，上位机以telnet方式启动各待测单板内部测试程序，各待测单板以telnet方式向网口实时发送各阶段测试结果。
有益效果：本发明提供的一种适用于继电保护装置的单板自动测试系统及方法，可以实现继电保护装置单板的批量测试，测试效率高，且系统开发难度小，对测试人员技术要求低，自动化水平高，可以很好实现继电保护装置单板插件的全自动化测试。
附图说明
图1为本发明的测试机箱结构示意图。
图2为本发明的测试母板正面结构示意图。
图3为本发明的测试母板背面结构示意图。
图4为本发明的单板自动测试系统结构示意图。
图5为单板自动测试软件架构示意图。
图6为待测单板结构示意图。
图7为本发明的单板自动测试方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-4所示，一种适用于继电保护装置的单板自动测试系统，包括测试机箱1，测试母板2，上位机3。
所述测试机箱1两端设置有开口，测试机箱1后端固定有测试母板2，测试机箱1顶部设置有上导轨101，底部设置有下导轨102。
所述测试母板2的正面设置有多对插槽，每对插槽包括第一插槽201、第二插槽202，测试母板2正面还设置有电源插槽203，电源插槽203末端与电源输入端204、接地端205相连接。所述每对插槽的第一插槽201的供电引脚2011分别与电源输入端204、接地端205相连接。测试母板2的背面设置有多个网络接口206。所述每对插槽的第一插槽201的片选引脚2012分别电源输入端204、接地端205相连接，第二插槽202的网口引脚2021与对应的网络接口206相连接。每个网络接口206分别与交换机输入端相连接，交换机输出端与上位机3相连接。
如图5所示，所述上位机运行单板自动测试软件，所述单板自动测试软件包括：功能页面模块、测试页面模块、测试结果模块。
所述功能页面模块，包括：设置待测单板数N、获取单板信息，更新程序版本，发送测试程序，获取测试log。
所述设置待测单板数N，用于输入第N块待测单板的数值。
所述获取单板信息，用于获取继电保护装置的单板型号及参数。
所述更新程序版本，用于获取匹配继电保护装置的单板型号及参数的测试程序版本号。
所述发送测试程序，用于根据测试程序版本号获取测试程序。
所述获取测试log，用于获取待测单板的测试日志。
所述测试页面模块，包括：已启动单板，已测完单板，开始测试，单板N测试页面。
所述已启动单板，用于获取正在测试的待测单板。
所述已测完单板，用于获取测试结束的待测单板。
所述开始测试，用于启动待测单板的测试程序。
所述单板N测试页面，包括多个待测单板的测试结果按扭，用于选择第N块待测单板结果。
所述测试结果模块，包括：测试完成指示灯，测试用时统计，多个待测单板测试过程记录。
所述测试完成指示灯，用于当待测单板完成测试后，点亮指示灯。
所述测试用时统计，用于统计待测单板的测试时长。
所述待测单板测试过程记录，用于显示第N块待测单板的测试过程情况。
单板自动测试软件获取单板信息，程序更新，测试程序发送，测试日志上传，完成单板的测试执行，并实时显示单板模块的测试结果；详细的监控和记录了整个测试过程，特别是对测试模块的错误信息的记录，方便测试人员对单板故障细节的定位。
上位机通过IP轮询的方式与测试机箱内测试母板上各单板进行连接，通过传输约定指令，实现本地单板测试程序的下传、执行和测试结果上传等功能。实际测试时，在指定好待测单板数后，测试人员只需简单点击开始测试按钮，便可自动执行整体单板的全自动测试，全程无需其他干预，测试期间各模块测试过程和结果实时上传，直至测试完成。
实施例1：
测试机箱主要用来装载测试母板和待测单板，外接220V供电。如图6所示，待测单板由以CPU为核心的一列设备组成，其内部信号（如电源、网口、片选信号）分别通过48针引脚和96针引脚引出给外部。母板分为正面和背面两个部分，正面为9个48针插槽和8个96针插槽，最左侧的48针为大功率电源模块插槽，负责整块母板的供电；剩余的48针和96针供待测单板插入；单板电源信号为48针插槽的前两排插针，与电源模块相连，母板上已做电路连接；母板的三针片选信号为GPIO引脚，该引脚接入5V为1，接入GND为0，以此来确定单板的槽位地址，比如单板1三针片选统一连接到GND信号，产生二进制000；单板2前两针片选连接到GND，另一针连接到5V（代表1）即二进制001，以此类推，单板3为二进制010，单板8为111，三个引脚正好有8种组合，确定8块单板地址。单板在上电后读取片选引脚，自主配置好特定IP地址。将96针引脚的ETH_RXP、ETH_RXN、ETH_TXP、ETH_TXN四针引脚引出接到母板背面的标准RJ45插座上，用来作为测试软件与测试机箱中各单板交互的网络通信口，通信速率为100Mbps。测试母板嵌入到测试机箱背面，待测单板通过上、下导轨插入母板固定，母板各网口统一连接到交换机，交换机与测试PC机相连，这样保证了所有待测单板都处于同一网段，便于测试软件统一控制；后续的整体测试过程和信息交互完全通过网口进行，整体方案十分便捷高效。该自动测试系统可同时支持8块单板自动测试（可按需扩展）。
单板自动测试软件为自动测试系统核心部分，主要完成对待测单板上各设备的功能测试。测试程序采用模块化的编程思想，待测单板上每一个设备在程序中都被独立为一个模块，设计原则遵循下面形式：
void Devices()
{
DeviceA();//设备A测试子程序
DeviceB();//设备B测试子程序
...
DeviceN();//设备N测试子程序
}
void DeviceA()
{
DeviceA_prepare();//测试前初始化
DeviceA_start(); //测试开始
DeviceA_result();//测试结果记录
}
void DeviceA_result()
{
...
Printf(“DeviceA<
}
上面给出了测试程序的代码框架，其中void Devices()函数包括了待测单板所有设备的测试模块；void DeviceA()函数是各设备的独立测试子程序，实际中可按需对其进行添加或删除。测试结果以DeviceA<
实施例2：
单板自动测试系统使用时，首先将测试母板嵌入到测试机箱中，电源模块和待测单板统一插入到测试母板上，测试母板上网口连接到交换机，交换机连接到上位机，测试机箱上电后，各单板内部会自动运行脚本读取片选信号设置好IP地址。
打开单板自动测试软件，在功能页面初始化待测单板，启动FTP和telnet功能；通过IP轮询各待测单板，将测试程序以FTP方式传输至各待测单板内部。
通过telnet方式向待测单板所在网络上发送一帧包含特定指令的广播报文（广播报文：同一网段设备都会收到），启动单板内部测试程序；各单板收到指令后自动执行测试程序；测试过程中，单板通过telnet方式向网口实时发送各阶段测试结果，测试软件轮询单板IP实时抓取测试结果“设备名<
测试结果页面记录整个测试过程，在出现不合格单板时，测试人员根据测试过程完成对故障信息的追踪和定位。对于不同产品单板，只需传输不同测试程序即可，通用性和兼容性较强。
实际测试时，测试人员在传输完测试程序后，只需简单点击开始测试按钮，便可完成整体单板的全自动测试，全程无需其他干预，测试效率高，对测试人员技术要求小。测试程序设计部分具有良好的通用性，模块扩展性较强，还支持并行测试，实现继电保护装置单板的全自动测试。
如图7所示，一种适用于继电保护装置的单板自动测试方法，具体步骤如下：
第一步：将待测单板按照平台归类依次放置于各类测试母板内，并进行供电。
第二步：各待测单板通过测试母板上的网络接口经交换机和上位机相连接，所有待测单板置于同一网段。
第三步：上位机读取待测单板的测试程序。
第四步：启动测试程序，配置待测单板数目。
第五步：通过IP轮询与各待测单板建立通讯连接。
第六步：给各待测单板发送约定命令获取待测单板基本信息。
第七步：根据待测单板基本信息判断测试程序版本是否正确，如正确进入下一步，否则执行程序升级，升级后继续判断测试程序版本，直到测试程序版本正确。
第八步：按下自动测试按钮执行测试程序，上位机读取待测单板测试程序，并下传测试程序至各待测单板内部。
第九步：上位机通过以太网发送程序执行指令给各待测单板，各待测单板启动测试程序。
第十步：各待测单板的测试结果和过程实时上传上位机，上位机根据测试结果和过程检测各待测单板中模块，并在上位机页面内显示通过/不通过相关信息。
第十一步：测试完成后，待测单板内部测试日志上传上位机，测试完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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