基于PLC 的萬能式斷路器二次回路特性測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

0 引言

本測試系統(tǒng)是萬能式斷路器生產(chǎn)流水線上對產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)檢驗(yàn)測試的試驗(yàn)設(shè)備。它以可編程序控制器(PLC) 作為控制核心，觸摸屏為操作和顯示單元，控制智能交－ 直變頻電源產(chǎn)生可調(diào)的實(shí)際電壓接入斷路器二次接線，對各型號框架斷路器的電操機(jī)構(gòu)、閉合電磁鐵、分勵(lì)脫扣器、欠壓脫扣器按出廠檢驗(yàn)細(xì)則進(jìn)行自動(dòng)測試，并判別測試結(jié)果是否符合產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求。采用該測試系統(tǒng)可有效改善框架斷路器產(chǎn)品檢驗(yàn)工作的規(guī)范性，提高特性檢測工作效率和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)對產(chǎn)品生產(chǎn)過程和檢驗(yàn)過程的管理。

1 系統(tǒng)總體方案

本測試系統(tǒng)適用HSW1 系列HSW1-1000 /2000 /3200 /4000、HSW6 系列HSW6-1600 /2500 /4000 固定式/抽屜式框架斷路器( 三極/四極) 特性測試。根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，整個(gè)特性測試系統(tǒng)擬分成6 個(gè)工位。

系統(tǒng)基本原理如圖1 所示。

其中，觸摸屏主要用于實(shí)現(xiàn)管理和人機(jī)交互功能，完成試驗(yàn)產(chǎn)品及用戶管理、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)啟?？刂?、試驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控等工作;PLC 接收觸摸屏的控制參數(shù)及控制命令，控制產(chǎn)生試驗(yàn)所需的可調(diào)交－ 直流電壓，提供給被測斷路器的二次回路;同時(shí)，對試驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將采集的實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和最終試驗(yàn)結(jié)果顯示在觸摸屏上。



圖1 特性測試系統(tǒng)基本原理示意圖。

特性測試系統(tǒng)的單工位總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。整個(gè)系統(tǒng)可分為可調(diào)電壓裝置、工裝夾具和控制系統(tǒng)3 個(gè)主要部分，各部分的基本原理、結(jié)構(gòu)和功能分別簡述如下。



圖2 斷路器特性檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1. 1 可調(diào)電壓裝置

對框架斷路器產(chǎn)品進(jìn)行二次回路特性試驗(yàn)，必須根據(jù)產(chǎn)品型號及試驗(yàn)項(xiàng)目的不同，給斷路器二次回路提供不同的實(shí)際電壓信號。本系統(tǒng)采用智能程控變頻電源的電壓調(diào)節(jié)方案，通過PLC 與程控電源間通信，控制智能程控電源輸出相應(yīng)的電壓。

根據(jù)斷路器二次回路所需電源功率要求( 見表1)和測試流程要求，選用的一路250 V 8 A 直流變頻電源，可調(diào)電壓范圍為0 ～ 250 V;二路交流變頻電源，參數(shù)為2 kVA，可調(diào)電壓范圍為0 ～500 V，最大電流4 A。其中，一臺交流電源2 kVA專供欠壓脫扣器使用;另一臺交流電源2 kVA 和直流電源供電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、合閘電磁鐵、分勵(lì)脫扣器切換使用，如圖3 所示。

表1 二次回路對電源要求。





圖3 測試電源接線圖。

通過RS － 485 接口，PLC 可以與交、直流電源進(jìn)行通信，監(jiān)測電源電壓、電流及工作狀態(tài)，控制電源的開機(jī)、關(guān)機(jī);調(diào)節(jié)電源的輸出電壓和電流;設(shè)置電壓上升/下降的步長。

1. 2 工裝夾具

根據(jù)具體框架二次接線的不同，斷路器二次回路設(shè)計(jì)專門夾具(二次接線相同的框架系列共用一套夾具)。由于HSW1 和HSW6 系列特性測試涉及到的二次回路端子數(shù)量與排列一致，只需更換二次回路的夾具體，就能實(shí)現(xiàn)對各規(guī)格斷路器進(jìn)行檢測。工裝夾具采用氣動(dòng)輔助、手工裝夾方式;同時(shí)，二次回路的其他信號則直接與控制系統(tǒng)(PLC)相連。

1. 3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由觸摸屏和PLC 2 部分組成。

整個(gè)檢測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用的DVP60ES200R 具有2 個(gè)RS －485 接口，1 個(gè)RS － 232 接口。其中，2 個(gè)RS －485 接口分別用于與智能交流電源和智能直流電源通信，實(shí)時(shí)獲得二次元件的電源電壓，便于控制系統(tǒng)對二次電源進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)中的各類開關(guān)量均與PLC 的數(shù)字I /O 模塊相連，通過數(shù)字I /O 模塊，PLC 分別實(shí)現(xiàn)工件到位檢測、二次夾具到位檢測、被測斷路器二次元件動(dòng)作控制、二次電源類型選擇等實(shí)時(shí)控制功能，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測( 通過二次接線)被測斷路器的狀態(tài)和一些保護(hù)限位開關(guān)的狀態(tài)。

操作界面選用DOP-B07S200 觸摸屏，PLC 和觸摸屏之間采用串口(RS － 232) 進(jìn)行通信，觸摸屏同時(shí)預(yù)留與上位機(jī)進(jìn)行通信的以太網(wǎng)接口。操作人員通過觸摸屏，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和人機(jī)交互。

除了試品用戶管理及試驗(yàn)結(jié)果的顯示和輸出之外，試驗(yàn)程序的主要功能是根據(jù)試品的類型、人機(jī)交互地設(shè)置試驗(yàn)方式和試驗(yàn)參數(shù)，然后將設(shè)定值轉(zhuǎn)換為相關(guān)的控制參數(shù)和控制命令，通過通信接口傳送給PLC;同時(shí)，觸摸屏也將通過通信接口接收PLC 采集到的實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示，以對試驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。觸摸屏與PLC 之間的數(shù)據(jù)通信周期設(shè)置在100 ～ 200 ms 之間。

2 控制軟件及試驗(yàn)流程

觸摸屏為上位機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理調(diào)度，PLC 則根據(jù)觸摸屏提供的控制命令和控制參數(shù)，對試驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集，并把采集的數(shù)據(jù)反饋給觸摸屏，以給出控制軟件的總體思路及試驗(yàn)流程。

2. 1 控制主程序流程

觸摸屏上運(yùn)行的控制主程序流程如圖4 所示。其主要功能包括用戶管理( 用戶登錄/注銷機(jī)制)、產(chǎn)品管理(產(chǎn)品編號等信息)、試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)?zāi)Ｊ皆O(shè)置、系統(tǒng)自檢(檢查試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置、被測工件的狀態(tài)以及工件的裝夾等是否正常)、試驗(yàn)過程的啟動(dòng)與監(jiān)控、輸出測試結(jié)果等。



圖4 控制主程序流程

2. 2 試驗(yàn)項(xiàng)目與測試流程

本系統(tǒng)主要用于框架斷路器二次回路在不同電壓條件下動(dòng)作可靠性的測試。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品實(shí)際情況，系統(tǒng)主要完成以下幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目:

(1) 1. 1Ue，0. 85Ue的測試。電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、閉合電磁鐵、分勵(lì)脫扣器、欠壓脫扣器各測試5 次，各器件工作應(yīng)正常;若單項(xiàng)不合格，則顯示不合格項(xiàng)并報(bào)警。

(2) 0. 7Ue的測試。只針對分勵(lì)脫扣器進(jìn)行，測試5 次，斷路器應(yīng)能可靠動(dòng)作。

(3) 欠壓脫扣器瞬時(shí)測試。施加0. 35Ue欠壓線圈，應(yīng)不能吸合，從0. 35Ue上升至0. 85Ue前，欠壓線圈應(yīng)能吸合，并顯示吸合時(shí)的電壓;斷路器從0. 85Ue下降，在(0. 7 ～ 0. 35)Ue范圍內(nèi)應(yīng)可靠斷開，并顯示斷開時(shí)的電壓;電壓應(yīng)在約30 s時(shí)間內(nèi)從額定控制電源電壓降至0 V。

(4) 欠壓脫扣器延時(shí)測試。在斷路器合閘狀態(tài)下，欠壓線圈施加的電壓從0. 85Ue迅速下降至0，保持50% 延時(shí)時(shí)間，之后迅速上升至Ue，斷路器應(yīng)不動(dòng)作;欠壓線圈施加的電壓從Ue迅速下降至0，最多保持120% 延時(shí)時(shí)間，在此時(shí)間范圍內(nèi)斷路器應(yīng)動(dòng)作，并測量延時(shí)斷開時(shí)間。

根據(jù)測試項(xiàng)目要求，測試流程共分3 個(gè)循環(huán)，如圖5 ～ 圖7 所示。



圖5 第一循環(huán)全自動(dòng)測試流程。



圖6 第二循環(huán)全自動(dòng)測試流程。



圖7 第三循環(huán)全自動(dòng)測試流程。

系統(tǒng)設(shè)置4 種測試模式:全自動(dòng)( 一次自動(dòng)完成所選擇的所有試驗(yàn)項(xiàng)目)、單步自動(dòng)( 單個(gè)流程只進(jìn)行一次循環(huán))、每五步自動(dòng)( 完成單個(gè)流程的五次循環(huán))和手動(dòng)。隨著所選試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)?zāi)Ｊ降牟煌?，具體的測試流程會(huì)有所區(qū)別，如圖8所示。



圖8 測試流程界面。

3 結(jié)語

萬能式斷路器二次回路特性測試系統(tǒng)既可以單獨(dú)進(jìn)行自動(dòng)檢測工作，又可與自動(dòng)輸送流水線結(jié)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全自動(dòng)檢測。檢測系統(tǒng)已在出廠檢驗(yàn)、產(chǎn)品制造部門成功投入使用，為HSW1 系列智能型萬能式斷路器產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)提供了可靠的質(zhì)量保障，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)不但可以滿足智能型萬能式斷路器測試的要求，還可為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和性能改進(jìn)、分析提供有力的科學(xué)依據(jù)，故該系統(tǒng)具有較好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。