基于组态与PLC的模块化低压电器试验系统

田慧超



基于组态与PLC的模块化低压电器试验系统

田慧超

（国家中低压输配电设备质量监督检验中心）

针对目前低压电器试验中测试项目在系统设计完成后难以更改的问题，提出以PLC、上位机、组态软件集成低压电器试验系统架构，实现低压电器试验的模块化试验设计。首先，设计模块化低压电器试验系统架构，由组态软件实现人机交互，按照协议，经由专家系统，将测试流程转换为PLC程序代码；然后，分别设计单回路控制、CC-Link主从站控制程序结构；最后，在低压开关设备试验中分别实现。试验结果表明：本文提出的架构实现了低压电器的模块化试验设计、精确控制试验流程、实时监控试验状态、同步触发数据采集，提高工作效率。

PLC；低压电器；人机交互；应用

0 引言

低压电器试验是对低压电器在正常工作和故障情况下所应具备的各种性能的验证[1]。低压电器产品多，各标准规定试验方法不同，试验程序复杂。低压电器试验一般采用人工操作试验控制台[2]。由人工控制试验仪器，按照试验要求进行测试，受人为因素影响较大、结果判定主观性较强。经典试验控制台采用电气控制线路，控制台集成半自动化试验系统[3]，自动执行试验过程，判断各工位试验结果，存在时间控制精度低、无法明确显示各工位试验情况、试验过程错乱概率大等问题，给产品测试带来较大不确定性因素[4]。本文提出以PLC、上位机、组态软件集成低压电器试验系统架构，实现低压电器试验的模块化试验设计、精确控制试验流程、实时监控试验状态、同步触发数据采集，确保试验过程的准确和安全，提高工作效率。

1 模块化低压电器试验系统

1.1 模块化低压电器试验系统架构

试验控制台是目前低压电器试验的典型架构，必须由专人设计系统，测试项目在系统设计之前便已经确定并且无法更改[7]。本文提出在经典试验控制台架构的基础上，加入组态软件用于控制PLC，并由上位机负责监测整个试验过程工位与受试设备的状态、过程与数据。模块化低压电器试验系统架构如图1所示。

图1 模块化低压电器试验系统架构

在模块化低压电器试验系统架构下，PLC与上位机连接，操作人员在组态软件上按照国家标准设置测试条件，组态软件将按照规定的协议，经由专家系统，将测试流程转换为PLC程序代码，控制PLC进行试验；由上位机直接监控试验状态、同步触发数据采集。

1.2 模块化低压电器试验系统特点

模块化低压电器试验系统程序设计要求：

1) 符合国家标准对低压电器各类产品的试验要求，如接通试验、分断试验、通断试验、电寿命试验、短时耐受试验等；

2) 时间的精确控制，上位机可任意写入时间数据，以实现对试验过程的精确控制；而控制台是对旋钮进行编码后再定义试验所需要的时间，整定多个固定时间档位，时间的选择不灵活；

3) 实时监控，该架构可保证试验过程中信号的实时反馈，并能检测实时信号是否符合试验控制回路的要求，确定是否可以开始试验，否则报警提示；可分别对各个试验工位的信号监控、提取分配、联络，保证单回路运行正常，多回路互不影响，解决了试验现场多回路分配控制的要求；

4) 故障保护，PLC根据信号反馈做出判断，发出正确指令，使前级开关跳闸，断开主回路；除硬件的保护外，当试验线路或样品出现故障时，系统能将线路电源切除，防止危害扩大；

杆子召集剩下的人开会，说狗日的大水不讲理，可毛主席在北京记挂着咱们呢，还专门给咱们发来慰问电，咱们得用实际行动来报答毛主席的亲切关怀，大干快上，争取把洪水造成的损失夺回来。下面我宣布条纪律，不准哭。哭声传染，大家都哭起来还咋搞生产自救？咱们是受了大灾，但咱们的思想无论如何不能受灾。杆子还整了几句口号，可能是开会从上边学回来的。“擦干眼泪，掩埋尸体；振作精神，继续革命”“一把铁锨两只手，誓夺小麦大丰收”……

5) 同步触发，试验时当接通程序启动按钮后，PLC输入端子同时发出一闭合信号，接通内部继电器，同时给输出发出一闭合信号触发数据采集系统，开始采集数据；试验过程中所采集的数据被数据采集系统完整地记录下来，然后进行分析；试验程序启动与数据采集几乎同时进行，且无论试验信号强弱都能准确采集；

6)人机交互，系统在上位机上实现所有电器试验操作控制及监控，能根据不同试品型式、试验参数和试验类型选择相应的试验方式、试验线路和控制开关，设置相关参数，实时显示试验回路状态、试验计数和故障信息等，操作更加灵活简单，实现良好的人机交互以及实现试验系统监控功能。

2 程序设计

根据低压电器国家标准以及相关产品和程序设计的要求，系统分为2种结构，一种是单回路控制，另一种是基于CC-Link主从站控制[8]。

2.1 单回路控制系统

单回路控制是单独的PLC对应单独上位机，没有连接远程I/O站或设备站。首先根据上述要求设计出试验流程图（见图2），再根据流程图编写试验程序。程序分为主程序、合闸模块、分闸模块、循环模块4个主要部分，方便程序调用，节省程序扫描时间。

图2 单回路控制系统设计流程图

2.2 CC-Link主从站系统

由于样品的多样性，试验的选择也较多，如接通试验、分断试验、通断试验、电寿命试验等。本系统用1个CC-Link主站模块将1个PLC分配作为CC-Link中的1个主站，通过使用CC-Link接口模块，将4个PLC分配成为远程设备站，这样就形成了一个简单的分散系统。主站PLC主要控制数据的链接，远程设备站主要处理位信息和字信息。CC-Link主从站系统设计流程图如图3所示。

图3 CC-Link主从站系统设计流程图

3 试验与验证

按照GB 14048.2-2001《低压开关设备和控制设备——低压断路器标准》要求[9]，分别设计低压开关设备的单回路控制系统与CC-Link主从站系统。

单回路系统界面图如图4所示，从界面可清晰看到开关的状态、合分闸选择、通电时间选择、试验状态以及程序的时序。通过按钮还可以选择其它程序。

图4 单回路系统界面图

3.2 CC-Link主从站系统试验

CC-Link上位机控制系统如图5所示，每个小室都可以进行参数设置、程序选择，如一室选择程序6，三室选择程序8，另外两个房间选择程序5，每个程序代表不同的试验，三室正在进行隔离开关的机械操作1500次有载试验。这个系统覆盖了所有元件的操作性能试验，能够准确监控每个房间试验的状态。

图5 CC-Link上位机控制系统图

4 结语

随着科学技术的发展，客户对产品的试验方法、试验要求越来越多样。为了更好地服务客户，必须使监控系统更加智能化。本文设计了2种不同的系统：单回路上位机监控系统和基于CC-Link的主从站上位机监控系统，这2套系统基本上覆盖了现有国家标准对低压电器产品的试验要求。系统已经在试验站稳定运行了几年，界面操作简单，维护和扩展方便，很好地达到了试验的目标。此外该系统采用模块化设计，稍加修改即可应用于其他类似领域。

[1] 陆俭国.国内外低压电器可靠性概况及其发展前景[J].河北工业大学学报,2009,38(1):1-5.

[2] 刘晓军,鄢来君,莫桂华.PLC在低压电器短路试验中的应用[J].低压电器,2000(5):45-47.

[3] 熊永前,肖伟,宁佐清.大型开关电器试验站计算机监控系统的设计与实现[J].低压电器,2006(10):43-47.

[4] 赵升,张彬彬,苏秀苹,等.电器试验选相合闸自适应控制技术及其实现[J].电测与仪表,2014,51(25):82-87.

[5] 龙林,程武山,岳敏,等.可靠性试验室控制系统的研究与实现[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2012,35(11):1480-1483.

[6] 阮庆洲,陈建兵,朱刚,等.基于LabVIEW的智能低压电器测试技术[J].低压电器,2011(5):55-57,60.

[7] 魏庆媛.虚拟仪器技术在低压电器短路性能测试系统中的应用[J].低压电器,2011(15):60-63.

[8] 费让若.低压电器试验站主回路设计的几个关键技术[J].低压电器,2010(6):42-47,56.

[9] 国家质量技术监督局. GB14048.2—2001低压开关设备和控制设备—低压断路器标准[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，助理工程师，主要从事低压电器的技术研究与检测认证研究。