０ 引 言
继电保护装置是电力系统变电站的主要设备，继电保护装置的性能直接影响到电力系统运行，装置要满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性，装置功能类型多且计算逻辑复杂，在对继电保护产品的生产过程中，继电保护产品板卡的硬件性能测试是一项重要内容，直接关系到装置运行的安全性和可靠性，因此针对继电保护装置硬件的测试要**、可靠，高效。
目前针对继电保护装置硬件测试，市场上大部分的做法是通过人工方式对装置进行逐个测试，每测试一个装置，需要手工搭建回路一次，手工连接功放箱一次，这种传统的手工测试具有以下不足：１）每测试一块板卡都要重新接线，重新连接功放箱一次，操作繁琐，容易出错；２）逻辑功能测试时每测试一次都要重新编辑测试内容，操作重复性高；３）每做完一个测试项目都需要人工查看结果，人力成本较高；４）对测试人员的电气知识技能水平也有一定要求。另外对于智能继电保护装置的功能测试较为复杂化，很多功能无法手工测试，给继电保护装置测试带来了很大挑战。总而言之，传统的装置板卡测试效率低下，可靠性不高。因此迫切需要一种新的方法来改善继电保护装置板卡测试的问题。
本文针对目前市场上继电保护装置单板硬件手工测试效率不高的现象，提供了一种继电保护装置单板自动测试系统，并对该系统中通信、软硬件等关键技术进行了研究。
１ 系统架构
目前继电保护装置板卡硬件测试项目包括有：开入、开出、直流／交流 ＡＤ、光口、电口、以太网、光电 Ｂ码、光纤通道、液晶、键盘、ＮＯＲＦＬＡＳＨ、ＮＡＮＤＦＬＡＳＨ、ＲＴＣ实时时钟、测温、２４Ｖ 对时开入、ＩＯ 总 线、扩 展 总 线、ＳＤ ＭＭＣ卡、ＩＩＣ扩展总线等３０多种项目，测试项目种类多，范围广。
单板自动测试系统能够针对继电保护装置的不同类型单板实现全部硬件性能的一键自动测试，有效提高了测试效率。
如图１所示，继电保护装置单板自动测试系统包括 ＰＣ工控机、单板测试仪、被测机箱，其中被测机箱设置专用卡槽，方便连接被测单板和辅助测试板卡。ＰＣ安装的测试软件工具用于板卡测试用例的编辑、测试命令下发及测试信息管理。辅助测试板卡包括有 ＦＰＧＡ 辅助板、ＣＰＵ 辅助板以及单板转接卡，可用于连接被测单板，对被测单板发送命令及接收单板回复信息，测试时被测板卡直接插入辅助测试机箱卡槽即可，卡槽与辅助机箱内部连接，方便进行后续的开出、交直流等测试。单板测试仪设置有与测试机箱背板形状相适应的电连接器，测试仪的一侧通过网口与 ＰＣ相连，另一侧通过电连接器与测试机箱进行连接，能够将 ＰＣ工控机发出来的报文和命令进行接收并分类处理，并且将被测装置回复的信息进行判断和计算，将结果回复给上位机。
继电保护装置单板自动测试系统如图１所示，测试步骤如下：
１）ＰＣ工控机首先进行用户登录验证，编辑生成测试配置文件，被测装置类型匹配后，发送测试配置命令给单板测试仪；
２）单板测试仪端接收到 ＰＣ发送过来的信息后进行解析处理，对测试对象进行归类处理，测试对象按照有测试数据报文类型、无测试数据报文类型分别进行相关处理，当信息不属于处理机制范围内，向 ＰＣ机发送报警信号；
３）被测机箱辅助板接收到测试仪发送的命令后进一步处理，并根据测试用例类型分别操作，例如光纤通信功能，辅助板循环输出光纤通道数据帧信号，被测板卡接收到测试指令，读取光纤通道数据帧信息，并通过光纤通道反回到测试仪。测试仪判断测试结果，并将测试信息反馈给测试仪，测试仪根据反馈的信息进行结果判断，并将数据返回给ＰＣ机。
４）ＰＣ机接收到测试结果后通过上位机软件将结果保存下来，依次再进行下一个功能测试，重复步骤２）、３），直到测试完毕，*终的测试结果根据生成ＰＤＦ报告文件保存起来。
２ 系统软件设计
２．１ 系统通信设计
单板自动测试系统中，自动测试软件通过测试仪及辅助测试板卡对被测单板进行控制。为了满足单板自动测试系统中单板测试种类多，接口复杂、范围广的需求，必须解决自动测试软件、单板测试仪、辅助测试板卡和被测板卡的通信接口问题。
单板测试仪以嵌入式平台作为底层驱动，ＰＣ工控机与单板测试仪之间的通信、单板测试仪与被测装置之间的通信全部采 用 ＵＤＰ 通 信，命 令 交 互 与 通 讯 状 态 测 试 互 不影响。
测试仪ＩＯ 插件采用扩展总线交换数据方式进行读写。被测单板与 ＦＰＧＡ 辅助板之间用命令数据交换接口，命令和数据格式一样。以开入测试为例，首 先 ＰＣ 下 发 控 制 命令进入开入测试模式，测试仪将此命令转发给被测板。ＰＣ将测试案例整合后随即发出，测试仪接收到测试案例后由辅助测试板输出测试电信号，同时向测试板转发开入测试指令，测试板开始按照要求进行依次测试。
２．２ 系统软件设计
如图２所示，整个测试过程中 ＰＣ 工控机进行通信命令和测试任务下发，单板测试仪在获取通信服务后进行数据解析，从报文中获取测试类型、测试方法要求，测试参数等，并根据测试类型进行分类处理，不同类型的测试使用不同逻辑及接口分别于被测机箱进行通信交互。
对于继电保护板卡的硬件性能，需要测试的项目种类较多，单一的软件处理流程无法满足所有的硬件测试。根据测试项目分为以下两种测试方式：
１）如果是开入、开出、Ｂ码等测试项目时系统判定测试仪为主动测试模式。主动测试模式里还细分为有数据报文类型和无数据报文类型两种。
当测试信息属于有数据报文类型时 ，进 入 报 文 处理 ，将结果输入到被测装置机箱辅助板中 ，当 判 定 信 息属 于 无 数 据 报 文 类 型 时 ，直接向被测装置机箱辅 助 板转 发 ，当 信 息 不 属 于 处 理 机 制 范 围 内 ，向 ＰＣ 机 发 送 报警 信 号 。
无数据报文长度是固定的，系统按照自定义标识进行测试类型判别，例如：通 信 连 接（‘ｌｎｋ’）、全 面 测 试（‘ｆｌｔ’）、通信 压 力 测 试 （‘ｃｐｔ’）、通 道 测 试 （‘ｍｆｔ’）、停 止 测 试（‘ｓｔｐ’）、测试结束（‘ｅｎｄ’）等，报文中包含测试项目名称、测试方法、测试模式、测试等待时间、测试发送报文、测试发送端口、测试次数等内容。
有数据数据报文访数据报文长度不固定，数据组帧如表１所示，报文中开始和结束为固定字符，ｉｄｘ保留未用，长度不够的使用＃补齐。辅助测试板处理３种命令，分别是装置连接确认命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｌｎｋ＃０００ｄｅ）、测试结束命令（ｄｓｂｒｄ＃＃ｅｎｄ＃０００ｄｅ）、开始 ｄｅｖ项目测试命令（ｄｓｄｅｖ＃＃ｓｔａ＃０００ｄｅ）。Ｄｅｖ内 容 不 固 定，可 依 次 选 取 ｅｔｈ（以 太网）、ｄｔｔ（测温芯片）、ｄｉｎ（开入）、ｄｏｕｔ（开出）等测试项。
如图３所示，以开入测试为例，测试仪向待测板卡转发“进入开入测试模式”命令的同时驱动开出插件进入“开出指定通道”命令；待测板卡自检开入前端子的状态，向测试仪上送“开入状态应答”报文；测试仪将“开入状态应答”报文转发给上位机，上位机进行测试并且上送结果从而完成本路开入通道的测试。
２）如果测试项目为光口、电口时，测试仪处于被动测试模式。以光口测试为例，当测试仪收到上位机发出的“光口测试模式”命令后直接将此命令报文发送给待测板卡中，待测板卡对报 文 进 行 解 析，先 自 检 本 光 口 情 况，通 过 ＦＰＧＡ辅助测试板，自动完成光口测试，并将测试结果反馈给测试
仪，测试仪直接将“开出结果反馈”报文转发给上位机。
３ 系统工装设计
单板测试仪内设置与被测板卡接口形状相适应的电连接器，其一侧的连接端子通过网口接线连接 ＰＣ工控机，另一侧的插针航插和待测板卡背板接线端子对应插配连接。辅助测试机箱内部设有滑轨，滑轨上设有滑动平台，滑动平台上设有用于安装被测板卡的卡槽，滑动平台配备有一个驱动滑动平台沿滑轨移动的滚珠丝杠驱动装置。为了满足被测板卡的种类多且接口多样化的要求，辅助测试机箱的插针航插使用插接方法固定，测试时可根据需要选择适用
插针。单板自动测试系统工装能够满足多种类型板卡的硬件测试需求。
４ 测试界面设计
位于 ＰＣ机中的自动测试工具主要实现自动测试用例库选择、测试项目管理、测试用例和测试方案的读取，测试过程监视，测试结果分析和处理，测试报告生成及保存等功能。不同类型板卡的不同测试可通过项目勾选的方式通过加载独立的 ＸＭＬ配置文件进行选择。每次测试的项目及参数可保存在测试用例库中，下次测试时打开即可，测试结果也会自动上传到测试系统，方便分析硬件缺陷。此方法能够大大提高测试效率。软件功能模块结构如图４所示，
主要包括以下功能模块：
１）用户管理：包括用户登录验证、用户注销、密码设置；
２）通道测试：向被测板发送通道测试命令；
３）通信压力测试：向被测板发送通信压力测试命令；
４）**测试：向被测板发送**测试命令；
５）测试报告生成：将测试结果信息按规定格式保存为ＰＤＦ文件；
６）测试报告展示：根据二维码找到本地保存的对应的报告文件并按规定格式展示
７）系统参数设置：根据设置的参数进行系统设置，并将参数保存到配置文件中。
５ 自动测试系统案例
以线 路 保 护 装 置 ＮＰＵ８１０３ 板卡为例进行硬件自 动测试。
首先从测试用例库中选择 ＮＰＵ８１０３用到的配套ＸＭＬ文件，自动测试工具自动生成测试用例项，如图５所示。
开始测试时 ＰＣ测试工具按照测试用例集依次向测试仪发送约定好的控制命令及参数，测试仪端根据信息进行解析处理，通过电连接器与被测机箱辅助板对板卡进行各项测试。测试完毕后测试仪判断测试结果，并将测试信息反馈给测试仪，测试仪根据反馈的信息进行结果判断，并将数据返回给 ＰＣ机，生成测试报告如图６所示。
６ 结 论
单板硬件自动测试系统已经的公司的板卡生产车间的检测部门得到应用，板卡的测试效率得到明显提高，原 来需要１５个人组成的硬件测试流水线团队完成１ｈ的板卡测试数量，现在只需要一个人３ｍｉｎ即可完成，而且几乎没有测试遗漏现象。
继电保护单板自动测试系统用于对继电保护装置的单板硬件自动测试，测试对象范围广泛，包括单板开入、开出、直流／交流 ＡＤ等，测试完成后能够显示测试结果信息。单板自动测试系统包括 ＰＣ工控机、单板测试仪、辅助测试机箱和被测单板。ＰＣ工控机用于测试用例的编辑、测试命令下发及测试信息管理；单板测试仪用于测试解析测试命令、测试报文转发及与被测装置的连接；辅助测试机箱用于连接被测单板，对被测单板发送命令及接收单板回复信息。本文系统还提供了 ＰＣ工控机与单板测试仪连接通信的方法，命令交互与通讯状态测试互不影 响，可 使 用 同 一 ＵＤＰ实现。系统可根据两种不同类型的报文数据格式进行分别处理，有效提高了测试效率。
