内蒙古巴彦淖尔电业局内蒙古巴彦淖尔015000
摘要：虚拟仪器（Virtualinstrument，VI）技术是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项新技术。VI以计算机为基础配以数据采集等功能模块作为硬体平台，通过运行专门研制的应用程序来完成各种测量仪器的功能。
关键词：虚拟仪器；电气实验；测量；控制；保护
一、虚拟仪器的开发平台
LabVIEW面向没有编程经验的用户，尤其适合从事科研开发的工程技术人员，被誉为工程师和科学家的语言。LabVIEW仪器控制与数据采集用的图形化编程软件，具有直观明了的用户界面和流程图式的编程风格。用LabVIEW开发应用软件的大致过程如下：
1.用户选择打开一个新面版的选项，用controls模板上的控制对象和显示对象创造一个图形化用户界面，可根据所设计的VI的要求，从控制模板口选择所需要的对象，如数字式表头、按钮、开关、键盘等，有时为了在感观上更逼真地模拟真实的测量仪器，还要选择一些用于美化界面的对象，如表外壳等图片对象。
2.对VI进行I/O信道的配置，以便在程序中调用相关的LabVIEW仪器驱动程序和控制该I/O信道的一系列应用函数，在这个过程中，可以利用LabVIEW软件体平台中的DAQSolutionWizard工具对所选择的I/O信道的名称、类型、转换系数、量程等参数进行设置。
3.打开框图程序窗口，对在用户界面设计时选择的各对象的位置做排列整理，然后通过选择功能模板中的各子项内容，添加用于控制用户界面上各对象的图形化的函数代码，这些函数代码将完成有关的数值计算、数据处理等功能，并根据VI的具体功能选择用户界面上的每一个控制对象和每一个显示对象。
4.调试和运行程序。在LabVIEW开发平台上，用户可以利用强大的图形化编程功能生成自定义的实验所需的仪器，也可以利用软件自带的例子，直接调用，这些仪器包括：多通道示波器、频谱分析仪、任意函数发生器、数据记录仪、各种功能的滤波器、曲线拟合、动态信号分析等，内容丰富，人机界面友好。LabVIEW作为新一代的图形化编程系统，可对VI的软件对象进行图形化的组合操作，并可利用上千种设备进行数据采集，对图像与运动进行控制，也可以网络交互应用通信和结构化查询语言等方式与其它的数据源相连，支持TCP/IP协仪，能够与Internet用户交换信息，共享资源。
二、国内虚拟仪器技术的发展趋势
对于虚拟仪器的科学定义，指的是将传统的仪器与计算机进行科学的结合，开发实用仪器的其他。一般上来说，这种结合主要有两者方式，是根据结合的主体不同进行分类的，一种是将仪器作为主体，在嵌入式的支持下，将计算机嵌入其中，现在大多数的智能化仪器都是以这种方式结合的。第二种是以计算机为主题，借助计算机的硬件和操作系统，将各种仪器的功能附加到计算机上。随着计算机技术的快速发展，这种仪器的功能也水涨船高，慢慢的走向高高端。自虚拟仪器进入中国来的十几年间，虚拟技术对于各种软硬件的要求也渐渐的区域规范化，对于开发平台的更高级硬件模块、I/O接口总线等等渐渐的有了统一的规格，而且目前还在努力突破三个技术难关，其一是将I/O的标准化程度进一步提高，减少杜宇硬件的依赖，能够适用于任何语言环境；其二是规范仪器的驱动程序，将用户对于仪器功能的使用提高到源代码一级。其三是实现在软面板上对系统操作的目标，并且将安装程序进一步规范化，实现安装程序的简单、易用。虚拟仪器技术发展成熟的一个方向就是实现图形化的编程平台。这不仅能够降低仪器的使用难度，实现用户进行少量学习甚至在不用学习的前提下就能够使用这种仪器。除此之外，对于复杂测试的执行速度、质量以及对测试结果的分析也是虚拟技术发展的一个方向。
三、电气工程实验教学的现状
某大学电气与新能源学院开设有包括高电压技术、电力电缆、高电压绝缘技术等在内的十几门电气专业课，涉及到的高压实验有数十种，包括绝缘子、变压器、绝缘油的耐压实验、GIS的局部放电实验等。常规的实验教学模式是以老师操作实验设备学生观看为主，此种教学模式实验方案固定，学生参与度低，无法提高学生的自主性和积极性，更无法适应电气工程的综合作业改革目标。高压实验设备结构图如图1，由控制系统、高压产生系统、试品及测量系统组成。
图1高压实验设备结构图
控制系统的硬件主要由工控机、PLC、继电器及开关组成。高压产生系统主要由变压器、调压器组成，这部分设备电压等级高，往往直接由电力系统针对电力设备的实验装置改装而来，体积庞大且造价昂贵，设备数量有限，难以保证每一个学生都能进行实验操作和灵活组合设计，不符合综合作业灵活性的特点。试品包括绝缘子、变压器、绝缘油、短路器、避雷器等高压设备。测量系统的硬件组成主要为分压器、互感器、电流传感器、电脑、采集卡、高性能示波器、频谱分析仪等。高压信号经分压器、互感器变成小电压信号后进入可以自主编程的测量装置。高电压实验的控制系统及测量系统具有较高灵活性，具备综合作业的基础。为此，在实验对象选定的情况下可通过高压控制系统的综合设计及高压测量系统的综合设计让学生完成自主创新设计实验。
四、虚拟仪器技术的应用
电气专业要求学生对电厂、电力系统的一次、二次系统知识进行系统学习，在高校实验室中展现生产实际现场是不可能的，倘若建立电气VI技术实验室，将提高实验效率，降低实验成本，增强学生学习的积极性，是一条行之有效的途径。
1.实验室的配置。依实际情况配置实验台数，每套实验台由一台计算机、LabVIEW开发系统、多功能数据采集卡及LabVIEW平台开发的多种应用软件组成，在教师台上再配一个GPIB接口卡（最多连接14台学生实验台）。另加电力系统动态及暂态仿真的EMTDC和EMTP。学生可以在计算机上模拟各种实验，在实验过程中，可用声、光、动画等各种手段，使实验逼真、生动，可以安全地做实验，避免高电压对人身与设备的危害，且能与Internet用户交换信息，公享资源，使实验更方便、更有效。
2.在实验教学中的应用。（1）电力系统监测实验，监测系统的软件在LabVIEW开发平台中开发，主要包括系统初始化、用户界面的设计、正常数据采集、参数设置、录波和分析等模块。在原配置的基础上，外加开关量采集卡，读取EMTDC和EMTP仿真的有关数据，运行监测应用软件，可完成有关线路两端的电压、电流等模拟量和断路器的通断状态等开关量的采集，可打印输出部分或全部信号波形曲线，对记录的信号进行频谱分析，对信号的谐波分量进行分解显示，对信号的有效值、相位、功率等进行计算，用户可以利用鼠标点击屏幕按钮进行各种波形编辑、信号分析、数值计算、数据的存盘、打印等操作。（2）电力系统控制实验，利用VI系统数/模输出功能，可以根据所测量的系统状态发出相应的指令，以达到对系统运行及操作的控制。例如，通过运行LabVIEW平台上开发的控制软件，利用键盘或鼠标在相应的图形图界面进行操作，就可形成断路器操作或故障设置的有关命令信息。（3）继电保护实验。在LabVIEW平台上编制不同的应用软件，可以完成不同的继电保护功能。例如，虚拟三段距离保护，首先读取EMTP仿真的有故障的系统电压、电流数据，根据可以任意设定的三段距离、方向和动作时间，运行LabVIEW平台上开发的三段距离保护软件，在虚拟保护的图形界面上即可显示出故障类型、故障相、故障点的波形等。
利用虚拟仪器软件（LabVIEW）建立多个高压实验的任务模块，提高学生实际动手能力，在充分利用现有高压实验设备的基础上较好地完成了电气工程综合作业改革任务，有利于增强学生综合设计和实践创新的能力。
参考文献
[1]张怀樵.虚拟仪器技术及其在电气实验中的应用.2017.
[2]王成.虚拟仪器技术在设备故障诊断技术实验教学中的应用.2016.
[3]周海生，浅谈虚拟仪器技术及其在电气实验中的应用.2017.