ZDBC-II型智能矿用电子保护综合测试系统

孟祥忠 亓玉刚 谭秀芬

(青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东省青岛市,266042)

ZDBC-II型智能矿用电子保护综合测试系统

孟祥忠 亓玉刚 谭秀芬

(青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东省青岛市,266042)

介绍了一种新型智能矿用电子保护综合测试系统。并将系统做成一台测试柜,采用数据采集板卡PCL731采集数据、ISA总线通信,以及MCGS软件实现测试结果显示。

智能电子综合保护装置 数据采集 ISA总线 MCGS 工控机

1 引言

随着煤矿生产的现代化,各种矿用电气设备普遍增设了综合保护功能,与其配套的电子综合保护器,即综保插件已被广泛应用。煤矿所使用的隔爆低压电子保护器种类繁多,在井上维修和测试时,只能将各种规格的插件分别安装于所属的设备内部,逐台测试保护器的动作性能,或者使用仪表等落后的测试设备和手段检测真空开关等设备,既复杂繁琐,又不可靠,容易造成事故隐患,由此直接或间接引起的煤矿井下事故占有相当比例。

据统计一个矿每年因无检测手段或检测手段不合适而浪费的电子接插件达10多万元,造成巨大的经济损失。随着安全检查的进一步严格,需要的接插件会更多,目前市场上尚无满足众多测试要求的综合测试台。不同的插件具有不同的保护功能,例如保护真空馈电开关的插件主要有过流保护插件和漏电保护插件,过流保护插件具有短路保护、过流保护功能;漏电插件有漏电保护、总开关保护、分开关保护等功能。因此,本文设计了一套ZDBC-II智能矿用低压电子保护综合测试系统。

2 系统硬件设计

2.1 设计思路

ZDBC-II智能矿用低压电子保护综合测试系统的硬件部分由信号发生单元、手动测试单元、测试平台、计算机单元、外部时钟单元等5部分组成。在综合测试平台内部采用变压器、调压器、直流电源模块等作为信号发生单元,为各种综保插件工作和测试所用指示灯按钮等提供连续的输入信号。在综合测试平台的面板上,用按钮开关模拟控制综保插件的输入信号的开关量,用指示灯的亮否显示综保插件各种保护功能是否出现故障。综合测试系统采用计算机监测、控制、分析、存储,具有操作方便、测试精度高、范围宽、存贮纪录功能强、显示打印格式规范等优点。为了测试的方便,系统除了在计算机内部建立时钟外,还在外部设置一个时钟电路,这样无论是手动还是自动测试,都具有可靠的时间控制。同时,ZDBC-II型智能矿用电子保护综合测试系统还具有测试接触器参数和电动机参数功能。

2.2 系统硬件设计

本系统主要利用工业计算机与数据采集板卡(工业I/O板卡),实现对综保插件各种保护功能信号的采集。计算机采用单片微机智能数据采集系统与最新系列工业控制计算机(IPC,简称工程机)相融合。工控机由计算机基本系统和过程I/O系统组成,可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。本系统需要连续作业,应用在受噪声等恶劣条件影响的煤矿企业,故采用抗噪能力强,业界广泛使用的研华工控机实现自动控制。系统采用研华数据采集板卡PCL731采集数据,PCL731是一个48位的DIO卡,提供48位并行数字输入/输出和8255PPI芯片的仿真模式,带缓冲的输入和输出;PCL731的48位被分成6个8位的I/O口:A0、B0、C0、A1、B1和C1,可以通过软件将每个口配置为输入或输出。系统硬件总体设计方框图见图1。

图1 系统硬件总体设计方框图

在图1中,综合测试系统测试平台内部的各种插件的控制电路板采用模块化设计方案:一方面,每一种插件对应一块测试线路板,这样设计保证了检测一种插件时,其他插件不受干扰;另一方面,针对新的综保插件,可以另外添加新的控制电路板,可达到按需求扩充系统的目的。测试系统中工控机与采集板卡之间的通信采用ISA总线实现,PCL731板卡直接插入工控机的ISA插槽内。各种综保插件的测试数据均采集到研华数据采集板卡PCL731的输入端,在工控机内的MCGS软件处理所采集到的信号,处理完毕后再通过板卡PCL731输出端送到液晶显示器显示出插件各种功能的测试结果,如果插件出现故障,可以通过打印机打印出测试结果,供工作人员维修插件时参考。此外,测试系统信号发生单元中的模拟量采集均由数据采集板卡PCL813完成。研华PCL813是12位32路单端模拟量输入A/D数据采集卡,其中每路模拟量输入增益可以通过编程设定。

图2以照明综保WZXZ的短路保护为例说明,图2(a)到(e)是WZXZ照明综保短路测试功能的电路原理图,按下图(a)中按钮SB1开始测试,图(b)继电器常开触点K1闭合给插件6#、7#管脚加25V交流电,插件开始工作。按下图(c)中短路测试按钮SB2,插件8#、17#管脚连接,进行插件短路测试,如果短路保护正常,图(d)中插件9#、5#管脚有高电平输出,继电器K2得电动作,指示灯B亮;如果插件短路保护不正常,指示灯B不亮,其中DC24V是加入的直流电压。按照此原理图绘出PCB图,制作电路板,安装到测试柜中即可。图(e)是插件管脚5#、8#、9#、17#用排线接到ADAM3951数字信号调理模块,通过PCI总线接到工控机里的PCL731。管脚6#、7#和DC24V信号由32路I/O接线板PCLD881B通过PCI总线接到工控机里的PCL813。其他插件控制电路板的设计与WZXZ类似。

图2 WZXZ短路保护原理图

3 系统软件实现

综合系统操作分为自动操作和手动操作两部分,可以通过测试柜面板上的按钮相互切换。系统通过工控机实现自动操作且速度快。一方面操作简单方便,安装插件到测试平台后,一切工作均通过键盘在电脑前完成;另一方面,通过工控机所加信号比手动所加信号准确性高,测试结果更符合实际。自动操作由工控机中的MCGS软件对插件测试内容及过程进行编程,在测试过程中用户可根据需要设置参数和修改测试内容及过程,进而实现对综保插件各种保护功能状况的显示。利用组态软件MCGS实现测试系统的软件设计。设计过程的流程见图3。

在图3中,首先创建测试系统工程,以插件各种保护功能作为输入与输出的构造实时数据库;在设备窗口中配置PCL731和PCL813;然后组态各种装置的用户窗口,在用户窗口中显示插件等保护功能的状态;为便于操作,采用菜单设计;对各种装置编写程序测试,若运行不成功返回,重新组态各设备的窗口和菜单;组态运行策略,例如测试程序中的翻页以及退出测试界面,保存运行结果等都有由运行策略完成;编写各运行策略对应的脚本程序,运行测试看是否成功,若运行不成功重新编写脚本程序,最后保存整个工程。

图3 MCGS设计过程流程图

组态软件MCGS为了能实现与硬件设备配置的数据转换,它由一个设备窗口设置,以负责管理和调度设备驱动硬件的运行,对于不同的硬件设备,只需要定制相应的设备硬件,并放置到设备窗口中,设置相关的属性,MCGS软件系统就可对这一设备进行操作,以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道,以完成对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。综合测试系统采用PCL731和PCL813板卡,是通过设备窗口设置,以负责管理和调度设备驱动硬件运行。配置PCL731和PCL813板卡过程如下:(1)插入驱动光盘,安装板卡的驱动程序及配置软件(DevMgr),然后关机。(2)对板卡做合适的硬件跳线设置后,插入计算机,开机。(3)用研华提供的配置软件(DevMgr),对板卡进行配置;最小采集周期采用默认值1000ms;I/O基地址用16进制数表示,必须和板卡上SW1的拨码开关设置一致。本系统均采用板卡的出厂默认设置的I/O基地址。板卡PCL731成功安装后占用系统连续8个I/O端口地址,端口设置如下:第一个24路I/O端口作为信号输入端口,第二个24路I/O端口作为信号输出端口。(4)打开MCGS设备窗口,测试硬件,在对数字量输入通道进行调试时,在板卡指定通道输入对应高(或低)TTL电平,对应输入通道的值会显示正确的板卡输入值,值为1表示当前输入的是高电平,值为0表示当前输入的是低电平。对输入通道值进行观察,看采集进来的数据和板卡的实际信号输入情况是否相符,可以判断板卡是否正常工作。(5)参照研华提供的例程,在设备窗口的数据处理中编写应用程序。系统采用的PCL731板卡不需要编程,A/D数据采集卡PCL813需要编程。图4为自动测试一种综保插件过程的流程图。测试一种装置结束,如果装置正常,可通过菜单选择测试其他装置。如果保护功能出现故障,打印测试报告,以便于检修。

图4 系统自动测试流程图

综合测试系统上位机部分采用MCGS软件的窗口设计,为便于测试人员使用,用户窗口的组态采用“傻瓜化”方式,即综保插件的测试是分开进行的,当选择某种插件时,系统会自动进入这种插件的测试界面。

图5为照明综保插件测试画面,图中画面上方菜单显示综合测试台测试的各种设备,点击一菜单会进入某一设备的测试界面;选择插件型号栏显示出所测试的照明综保插件的型号;测试准备栏显示插件是否通电,显示“测试准备好”即表明已经通电;功能测试栏显示插件的各种保护功能;测试结果栏显示插件的某种保护功能是否正常,图中照明综保ZXZ8的照短测试不正常,测试结果栏中以红色方框提示,说明栏中显示插件出现故障的电路部分;界面右下方的符号用于翻页。如果需要还可以直接点击界面下方的打印按钮直接打印出测试结果,以便日后对插件进行分析处理。

图5 照明综保插件测试画面

4 结语

(1)ZDBC-II型智能矿用电子保护综合测试系统功能齐全、性能优越、手段先进、操作简单。

(2)借助工控机采用先进的组态软件对综保插件等进行测试,可推动智能化产品在煤矿企业的应用,加快煤矿机电设备自动化的步伐。

(3)极大地方便用户又快又好地对本单位所使用的低压电器设备及其保护装置进行维护和检查,尤其适用于矿用低压隔爆电器的维修部门。

(4)安全可靠以及测试精度高,为煤矿减少事故隐患、提高设备完好率、延长设备使用寿命提供有力的保障。

(5)本测试系统目前已经投入使用,运行状况良好。

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Type ZDBC-II comprehensive intelligent electronic protection check out system for mine use

Meng Xiangzhong，Qi Yugang，Tan Xiufen
(College of Automation and Elect ronic Engineering，Qingdao Univer sity of Scienceand Technology，Qingdao，Shandong province 266042，China)

In this paper, a novel intelligent electronic protection check out system for mine use ispresented. In the form of a testing console，this system employs data acquisition board PCL731 for datacollection，ISA bus for communication and MCGS software for test result display. The system is not onlyoperable manually，but also can be operated automatically when combined with control console.It isthus of great value for practical use and of great economic value.

intelligent elect ronic comprehensive protection device,data acquisition，ISAbus，MCGS

TD611

A

孟祥忠(1964-),男,博士,教授,硕士生导师,主要研究方向为电力系统监控与保护技术、混杂控制系统理论。

(责任编辑 张艳华)