田慧超

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基于組態(tài)與PLC的模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)

田慧超

（國家中低壓輸配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）

針對目前低壓電器試驗中測試項目在系統(tǒng)設(shè)計完成后難以更改的問題，提出以PLC、上位機、組態(tài)軟件集成低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)低壓電器試驗的模塊化試驗設(shè)計。首先，設(shè)計模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)，由組態(tài)軟件實現(xiàn)人機交互，按照協(xié)議，經(jīng)由專家系統(tǒng)，將測試流程轉(zhuǎn)換為PLC程序代碼；然后，分別設(shè)計單回路控制、CC-Link主從站控制程序結(jié)構(gòu)；最后，在低壓開關(guān)設(shè)備試驗中分別實現(xiàn)。試驗結(jié)果表明：本文提出的架構(gòu)實現(xiàn)了低壓電器的模塊化試驗設(shè)計、精確控制試驗流程、實時監(jiān)控試驗狀態(tài)、同步觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，提高工作效率。

PLC；低壓電器；人機交互；應(yīng)用

0 引言

低壓電器試驗是對低壓電器在正常工作和故障情況下所應(yīng)具備的各種性能的驗證[1]。低壓電器產(chǎn)品多，各標準規(guī)定試驗方法不同，試驗程序復(fù)雜。低壓電器試驗一般采用人工操作試驗控制臺[2]。由人工控制試驗儀器，按照試驗要求進行測試，受人為因素影響較大、結(jié)果判定主觀性較強。經(jīng)典試驗控制臺采用電氣控制線路，控制臺集成半自動化試驗系統(tǒng)[3]，自動執(zhí)行試驗過程，判斷各工位試驗結(jié)果，存在時間控制精度低、無法明確顯示各工位試驗情況、試驗過程錯亂概率大等問題，給產(chǎn)品測試帶來較大不確定性因素[4]。本文提出以PLC、上位機、組態(tài)軟件集成低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)低壓電器試驗的模塊化試驗設(shè)計、精確控制試驗流程、實時監(jiān)控試驗狀態(tài)、同步觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，確保試驗過程的準確和安全，提高工作效率。

1 模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)

1.1 模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)

試驗控制臺是目前低壓電器試驗的典型架構(gòu)，必須由專人設(shè)計系統(tǒng)，測試項目在系統(tǒng)設(shè)計之前便已經(jīng)確定并且無法更改[7]。本文提出在經(jīng)典試驗控制臺架構(gòu)的基礎(chǔ)上，加入組態(tài)軟件用于控制PLC，并由上位機負責監(jiān)測整個試驗過程工位與受試設(shè)備的狀態(tài)、過程與數(shù)據(jù)。模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)

在模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)架構(gòu)下，PLC與上位機連接，操作人員在組態(tài)軟件上按照國家標準設(shè)置測試條件，組態(tài)軟件將按照規(guī)定的協(xié)議，經(jīng)由專家系統(tǒng)，將測試流程轉(zhuǎn)換為PLC程序代碼，控制PLC進行試驗；由上位機直接監(jiān)控試驗狀態(tài)、同步觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。

1.2 模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)特點

模塊化低壓電器試驗系統(tǒng)程序設(shè)計要求：

1) 符合國家標準對低壓電器各類產(chǎn)品的試驗要求，如接通試驗、分斷試驗、通斷試驗、電壽命試驗、短時耐受試驗等；

2) 時間的精確控制，上位機可任意寫入時間數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對試驗過程的精確控制；而控制臺是對旋鈕進行編碼后再定義試驗所需要的時間，整定多個固定時間檔位，時間的選擇不靈活；

3) 實時監(jiān)控，該架構(gòu)可保證試驗過程中信號的實時反饋，并能檢測實時信號是否符合試驗控制回路的要求，確定是否可以開始試驗，否則報警提示；可分別對各個試驗工位的信號監(jiān)控、提取分配、聯(lián)絡(luò)，保證單回路運行正常，多回路互不影響，解決了試驗現(xiàn)場多回路分配控制的要求；

4) 故障保護，PLC根據(jù)信號反饋做出判斷，發(fā)出正確指令，使前級開關(guān)跳閘，斷開主回路；除硬件的保護外，當試驗線路或樣品出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能將線路電源切除，防止危害擴大；

桿子召集剩下的人開會，說狗日的大水不講理，可毛主席在北京記掛著咱們呢，還專門給咱們發(fā)來慰問電，咱們得用實際行動來報答毛主席的親切關(guān)懷，大干快上，爭取把洪水造成的損失奪回來。下面我宣布條紀律，不準哭。哭聲傳染，大家都哭起來還咋搞生產(chǎn)自救？咱們是受了大災(zāi)，但咱們的思想無論如何不能受災(zāi)。桿子還整了幾句口號，可能是開會從上邊學(xué)回來的?！安粮裳蹨I，掩埋尸體；振作精神，繼續(xù)革命”“一把鐵锨兩只手，誓奪小麥大豐收”……

5) 同步觸發(fā)，試驗時當接通程序啟動按鈕后，PLC輸入端子同時發(fā)出一閉合信號，接通內(nèi)部繼電器，同時給輸出發(fā)出一閉合信號觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始采集數(shù)據(jù)；試驗過程中所采集的數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完整地記錄下來，然后進行分析；試驗程序啟動與數(shù)據(jù)采集幾乎同時進行，且無論試驗信號強弱都能準確采集；

6)人機交互，系統(tǒng)在上位機上實現(xiàn)所有電器試驗操作控制及監(jiān)控，能根據(jù)不同試品型式、試驗參數(shù)和試驗類型選擇相應(yīng)的試驗方式、試驗線路和控制開關(guān)，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，實時顯示試驗回路狀態(tài)、試驗計數(shù)和故障信息等，操作更加靈活簡單，實現(xiàn)良好的人機交互以及實現(xiàn)試驗系統(tǒng)監(jiān)控功能。

2 程序設(shè)計

根據(jù)低壓電器國家標準以及相關(guān)產(chǎn)品和程序設(shè)計的要求，系統(tǒng)分為2種結(jié)構(gòu)，一種是單回路控制，另一種是基于CC-Link主從站控制[8]。

2.1 單回路控制系統(tǒng)

單回路控制是單獨的PLC對應(yīng)單獨上位機，沒有連接遠程I/O站或設(shè)備站。首先根據(jù)上述要求設(shè)計出試驗流程圖（見圖2），再根據(jù)流程圖編寫試驗程序。程序分為主程序、合閘模塊、分閘模塊、循環(huán)模塊4個主要部分，方便程序調(diào)用，節(jié)省程序掃描時間。

圖2 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖

2.2 CC-Link主從站系統(tǒng)

由于樣品的多樣性，試驗的選擇也較多，如接通試驗、分斷試驗、通斷試驗、電壽命試驗等。本系統(tǒng)用1個CC-Link主站模塊將1個PLC分配作為CC-Link中的1個主站，通過使用CC-Link接口模塊，將4個PLC分配成為遠程設(shè)備站，這樣就形成了一個簡單的分散系統(tǒng)。主站PLC主要控制數(shù)據(jù)的鏈接，遠程設(shè)備站主要處理位信息和字信息。CC-Link主從站系統(tǒng)設(shè)計流程圖如圖3所示。

圖3 CC-Link主從站系統(tǒng)設(shè)計流程圖

3 試驗與驗證

按照GB 14048.2-2001《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備——低壓斷路器標準》要求[9]，分別設(shè)計低壓開關(guān)設(shè)備的單回路控制系統(tǒng)與CC-Link主從站系統(tǒng)。

單回路系統(tǒng)界面圖如圖4所示，從界面可清晰看到開關(guān)的狀態(tài)、合分閘選擇、通電時間選擇、試驗狀態(tài)以及程序的時序。通過按鈕還可以選擇其它程序。

圖4 單回路系統(tǒng)界面圖

3.2 CC-Link主從站系統(tǒng)試驗

CC-Link上位機控制系統(tǒng)如圖5所示，每個小室都可以進行參數(shù)設(shè)置、程序選擇，如一室選擇程序6，三室選擇程序8，另外兩個房間選擇程序5，每個程序代表不同的試驗，三室正在進行隔離開關(guān)的機械操作1500次有載試驗。這個系統(tǒng)覆蓋了所有元件的操作性能試驗，能夠準確監(jiān)控每個房間試驗的狀態(tài)。

圖5 CC-Link上位機控制系統(tǒng)圖

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，客戶對產(chǎn)品的試驗方法、試驗要求越來越多樣。為了更好地服務(wù)客戶，必須使監(jiān)控系統(tǒng)更加智能化。本文設(shè)計了2種不同的系統(tǒng)：單回路上位機監(jiān)控系統(tǒng)和基于CC-Link的主從站上位機監(jiān)控系統(tǒng)，這2套系統(tǒng)基本上覆蓋了現(xiàn)有國家標準對低壓電器產(chǎn)品的試驗要求。系統(tǒng)已經(jīng)在試驗站穩(wěn)定運行了幾年，界面操作簡單，維護和擴展方便，很好地達到了試驗的目標。此外該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，稍加修改即可應(yīng)用于其他類似領(lǐng)域。

[1] 陸儉國.國內(nèi)外低壓電器可靠性概況及其發(fā)展前景[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,38(1):1-5.

[2] 劉曉軍,鄢來君,莫桂華.PLC在低壓電器短路試驗中的應(yīng)用[J].低壓電器,2000(5):45-47.

[3] 熊永前,肖偉,寧佐清.大型開關(guān)電器試驗站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].低壓電器,2006(10):43-47.

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[8] 費讓若.低壓電器試驗站主回路設(shè)計的幾個關(guān)鍵技術(shù)[J].低壓電器,2010(6):42-47,56.

[9] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. GB14048.2—2001低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備—低壓斷路器標準[S].

Design of Modular Low Voltage Electrical Apparatus Test System Based on Configuration and PLC

Tian Huichao

(China National Quality Supervision and Testing Center for Smart Grid Transmission and Distribution Equipment)

As the current low-voltage electrical testsaredifficult to change after the system design completed,a low-voltage electrical test system architectureintegrated with PLC, upper computer and configuration software was put forward to designmodular experiment for low voltage electrical apparatus tests. Firstly, modular low-voltage electrical test system architecture was designed,using the configuration software to achieve human-computer interaction and through the expert system, converting the test process to PLC program code. Then, a single-loop control and CC-Link master-slave control program structure were designed. Finally, the control programs were realized in the low-voltage switchgear test.The results show that the proposed architecture can realize the modular test design of the low-voltage electrical apparatus test, control the test flow accurately, monitor the test status in real time, and trigger the data acquisition synchronously to improve the work efficiency.

PLC; Low Voltage Electrical Appliances; Human-Computer Interaction; Application

田慧超，男，1985年生，本科，助理工程師，主要從事低壓電器的技術(shù)研究與檢測認證研究。