一、测试需求分析
（一）电气性能测试需求
GKD 矿用低压柜需进行的电气性能测试，涵盖绝缘电阻、耐压强度、接触电阻、电流电压参数测量等关键指标。绝缘电阻测试需精准测量各回路绝缘性能，判断是否符合矿用安全标准；耐压强度测试要模拟高压环境，检验设备绝缘结构的可靠性；接触电阻测试则需精确检测开关触头、母线连接点等部位的导电性能，电流传输稳定。此外，对电流、电压、功率等参数的测量精度要求，需满足煤矿井下复杂供电场景的监测需求。
（二）机械性能测试需求
机械性能测试聚焦于低压柜操作机构、传动部件等的可靠性。需测试开关分合闸时间、同期性、机械寿命等参数，操作机构动作准确、灵活，能适应井下频繁操作的工况。例如，通过多次模拟分合闸操作，检测机构部件的磨损情况与疲劳寿命，防止因机械故障导致供电中断或设备损坏。
（三）保护功能测试需求
低压柜的保护功能是保障井下用电安全的关键，需对过流保护、漏电保护、欠压保护等功能进行自动化测试。模拟各类故障场景，验证保护装置能否快速、准确动作，如设置不同倍数的过流电流，测试过流保护的动作时间与灵敏度；模拟漏电接地故障，检验漏电保护的可靠性，在故障发生时及时切断电路，保护人员和设备安全。
（四）智能化功能测试需求
随着 GKD 矿用低压柜智能化程度提升，需对其在线监测、远程控制、通信功能等进行测试。检查传感器数据采集的准确性与实时性，验证远程分合闸、参数设置等控制指令的执行效果，测试通信协议（如 Modbus - TCP、IEC 61850）的兼容性与稳定性，智能化功能正常运行，满足矿山自动化运维要求。
二、系统总体架构设计
（一）系统组成模块
控制单元：作为系统核心，采用高性能 PLC（可编程逻辑控制器）或工业计算机，负责接收测试指令、控制测试流程、处理测试数据。通过编写自动化测试程序，实现对各测试模块的协调与控制。
信号采集与调理模块：运用高精度传感器（如电流互感器、电压互感器、温度传感器、振动传感器等）采集低压柜的电气与机械信号，并对原始信号进行滤波、放大等调理，数据准确可靠，为后续分析提供基础。
测试执行模块：包含各类测试仪器与设备，如绝缘电阻测试仪、耐压测试仪、接触电阻测试仪、开关机械特性测试仪等，根据控制单元指令，自动完成相应测试项目，并将测试结果反馈至控制单元。
通信模块：支持多种通信接口（以太网、RS485、CAN 总线等），实现与低压柜智能化功能的通信测试，以及测试系统与上位机、监控中心的数据交互，便于远程监控与管理。
人机交互界面：设计直观、易用的操作界面，通过触摸屏或计算机软件，操作人员可设置测试参数、启动测试流程、查看实时测试数据与结果报告，实现对测试过程的可视化控制与管理。
（二）系统工作流程
操作人员在人机交互界面输入测试参数与测试项目，发送测试指令至控制单元。
控制单元解析指令后，向信号采集与调理模块、测试执行模块下达操作命令，启动相应测试流程。
信号采集与调理模块实时采集低压柜测试数据，并传输至控制单元；测试执行模块完成测试任务后，将结果反馈至控制单元。
控制单元对采集数据和测试结果进行分析、处理，判断测试项目是否合格。
测试结束后，控制单元将测试结果生成报告，通过人机交互界面展示，并存储至数据库，同时可通过通信模块上传至上位机或监控中心。
三、硬件选型与设计
（一）核心控制设备选型
PLC 可选用西门子 S7 - 1500 系列或施耐德 M580 系列，具备强大的数据处理能力与丰富的通信接口，能满足复杂测试逻辑的控制需求；工业计算机则可选择研华等品牌的高性能工控机，搭载 Windows 或 Linux 操作系统，便于开发定制化测试软件，实现对测试流程的灵活控制与数据管理。
（二）传感器选型
电气参数传感器：电流互感器选用 0.2S 级高精度产品，电流测量误差小于 ±0.2%；电压互感器采用高精度电磁式或电子式互感器，满足电压测量精度要求；功率传感器选用高精度数字式功率计，可同时测量有功功率、无功功率、视在功率及功率因数。
机械参数传感器：采用高精度位移传感器测量开关触头行程；利用加速度传感器监测操作机构振动；通过时间继电器精确测量分合闸时间，机械性能测试的准确性。
（三）测试仪器选型
绝缘电阻测试：选用 2500V 或 5000V 数字式绝缘电阻测试仪，具备自动量程切换、数据存储功能，测试精度高、稳定性好。
耐压测试：采用高压耐压测试仪，输出电压可调，具备过流保护、短路保护功能，可模拟不同等级的耐压试验，保障测试安全。
接触电阻测试：使用直流微欧计，测试电流可达 100A，分辨率达 1μΩ，能快速、准确测量低压柜各连接点的接触电阻。
四、软件系统设计
（一）测试软件架构
采用模块化设计理念，将软件系统分为测试管理模块、数据采集模块、数据分析模块、报告生成模块、通信模块等。各模块独立开发、协同工作，便于功能扩展与维护。测试管理模块负责测试流程的控制与调度；数据采集模块实时读取传感器与测试仪器数据；数据分析模块对采集数据进行处理、分析与判断；报告生成模块根据测试结果自动生成规范的测试报告；通信模块实现与低压柜及上位机的数据交互。
（二）测试流程自动化实现
通过编写自动化测试脚本，实现测试流程的自动化控制。例如，在进行电气性能测试时，脚本可依次控制绝缘电阻测试、耐压测试、接触电阻测试等项目的启动与停止，自动记录测试数据，无需人工干预。同时，设置测试流程的逻辑判断，如在绝缘电阻测试不合格时，自动跳过后续耐压测试，避免设备损坏，提高测试效率与安全性。
（三）数据管理与分析
建立数据库存储测试数据，支持 SQL Server、MySQL 等主流数据库管理系统。对测试数据进行分类存储，便于查询与统计分析。利用数据分析算法，如趋势分析、故障诊断算法等，对历史测试数据进行深度挖掘，预测设备潜在故障，为设备维护与优化提供数据支持。同时，生成可视化图表（如折线图、柱状图、饼图等），直观展示测试结果与数据分析结论，辅助决策。
五、系统校准与维护
（一）系统校准
定期对自动化测试系统进行校准，测试数据的准确性。校准内容包括传感器精度校准、测试仪器计量校准等。采用标准校准设备（如标准电阻、标准电压源、标准电流源等），按照校准规程对系统进行校准，记录校准数据，当校准误差超过规定范围时，及时调整或更换设备，保证测试结果的可靠性。
（二）系统维护
制定系统维护计划，定期检查系统硬件设备的运行状态，如检查传感器连接是否松动、测试仪器是否正常工作、通信线路是否畅通等。对软件系统进行定期更新与优化，修复漏洞、增加新功能，系统稳定运行。同时，建立系统故障应急预案，当出现故障时，快速定位故障原因，采取相应措施进行修复，减少停机时间，保障测试工作的正常开展。
