基于PLC 的万能式断路器二次回路特性测试系统实现

0 引言

本测试系统是万能式断路器生产流水线上对产品进行自动检验测试的试验设备。它以可编程序控制器(PLC) 作为控制核心，触摸屏为操作和显示单元，控制智能交－ 直变频电源产生可调的实际电压接入断路器二次接线，对各型号框架断路器的电操机构、闭合电磁铁、分励脱扣器、欠压脱扣器按出厂检验细则进行自动测试，并判别测试结果是否符合产品技术指标要求。采用该测试系统可有效改善框架断路器产品检验工作的规范性，提高特性检测工作效率和测试结果的准确性，加强对产品生产过程和检验过程的管理。

1 系统总体方案

本测试系统适用HSW1 系列HSW1-1000 /2000 /3200 /4000、HSW6 系列HSW6-1600 /2500 /4000 固定式/抽屉式框架断路器( 三极/四极) 特性测试。根据产品生产的需要，整个特性测试系统拟分成6 个工位。

系统基本原理如图1 所示。

其中，触摸屏主要用于实现管理和人机交互功能，完成试验产品及用户管理、试验参数设置、试验启停控制、试验过程的实时监控等工作;PLC 接收触摸屏的控制参数及控制命令，控制产生试验所需的可调交－ 直流电压，提供给被测断路器的二次回路;同时，对试验过程进行实时控制，采集试验数据，并将采集的实时试验数据和最终试验结果显示在触摸屏上。



图1 特性测试系统基本原理示意图。

特性测试系统的单工位总体结构如图2 所示。整个系统可分为可调电压装置、工装夹具和控制系统3 个主要部分，各部分的基本原理、结构和功能分别简述如下。



图2 断路器特性检测系统结构。

1. 1 可调电压装置

对框架断路器产品进行二次回路特性试验，必须根据产品型号及试验项目的不同，给断路器二次回路提供不同的实际电压信号。本系统采用智能程控变频电源的电压调节方案，通过PLC 与程控电源间通信，控制智能程控电源输出相应的电压。

根据断路器二次回路所需电源功率要求( 见表1)和测试流程要求，选用的一路250 V 8 A 直流变频电源，可调电压范围为0 ～ 250 V;二路交流变频电源，参数为2 kVA，可调电压范围为0 ～500 V，最大电流4 A。其中，一台交流电源2 kVA专供欠压脱扣器使用;另一台交流电源2 kVA 和直流电源供电动操作机构、合闸电磁铁、分励脱扣器切换使用，如图3 所示。

表1 二次回路对电源要求。





图3 测试电源接线图。

通过RS － 485 接口，PLC 可以与交、直流电源进行通信，监测电源电压、电流及工作状态，控制电源的开机、关机;调节电源的输出电压和电流;设置电压上升/下降的步长。

1. 2 工装夹具

根据具体框架二次接线的不同，断路器二次回路设计专门夹具(二次接线相同的框架系列共用一套夹具)。由于HSW1 和HSW6 系列特性测试涉及到的二次回路端子数量与排列一致，只需更换二次回路的夹具体，就能实现对各规格断路器进行检测。工装夹具采用气动辅助、手工装夹方式;同时，二次回路的其他信号则直接与控制系统(PLC)相连。

1. 3 控制系统

控制系统主要由触摸屏和PLC 2 部分组成。

整个检测系统的实时控制和数据采集主要由PLC实现。系统采用的DVP60ES200R 具有2 个RS －485 接口，1 个RS － 232 接口。其中，2 个RS －485 接口分别用于与智能交流电源和智能直流电源通信，实时获得二次元件的电源电压，便于控制系统对二次电源进行监控。系统中的各类开关量均与PLC 的数字I /O 模块相连，通过数字I /O 模块，PLC 分别实现工件到位检测、二次夹具到位检测、被测断路器二次元件动作控制、二次电源类型选择等实时控制功能，并且实时监测( 通过二次接线)被测断路器的状态和一些保护限位开关的状态。

操作界面选用DOP-B07S200 触摸屏，PLC 和触摸屏之间采用串口(RS － 232) 进行通信，触摸屏同时预留与上位机进行通信的以太网接口。操作人员通过触摸屏，实现系统管理和人机交互。

除了试品用户管理及试验结果的显示和输出之外，试验程序的主要功能是根据试品的类型、人机交互地设置试验方式和试验参数，然后将设定值转换为相关的控制参数和控制命令，通过通信接口传送给PLC;同时，触摸屏也将通过通信接口接收PLC 采集到的实时试验数据并显示，以对试验过程进行实时监控。触摸屏与PLC 之间的数据通信周期设置在100 ～ 200 ms 之间。

2 控制软件及试验流程

触摸屏为上位机，负责整个系统的管理调度，PLC 则根据触摸屏提供的控制命令和控制参数，对试验过程进行实时控制和数据采集，并把采集的数据反馈给触摸屏，以给出控制软件的总体思路及试验流程。

2. 1 控制主程序流程

触摸屏上运行的控制主程序流程如图4 所示。其主要功能包括用户管理( 用户登录/注销机制)、产品管理(产品编号等信息)、试验参数和试验模式设置、系统自检(检查试验参数的设置、被测工件的状态以及工件的装夹等是否正常)、试验过程的启动与监控、输出测试结果等。



图4 控制主程序流程

2. 2 试验项目与测试流程

本系统主要用于框架断路器二次回路在不同电压条件下动作可靠性的测试。根据相关标准和产品实际情况，系统主要完成以下几个试验项目:

(1) 1. 1Ue，0. 85Ue的测试。电动操作机构、闭合电磁铁、分励脱扣器、欠压脱扣器各测试5 次，各器件工作应正常;若单项不合格，则显示不合格项并报警。[page]

(2) 0. 7Ue的测试。只针对分励脱扣器进行，测试5 次，断路器应能可靠动作。

(3) 欠压脱扣器瞬时测试。施加0. 35Ue欠压线圈，应不能吸合，从0. 35Ue上升至0. 85Ue前，欠压线圈应能吸合，并显示吸合时的电压;断路器从0. 85Ue下降，在(0. 7 ～ 0. 35)Ue范围内应可靠断开，并显示断开时的电压;电压应在约30 s时间内从额定控制电源电压降至0 V。

(4) 欠压脱扣器延时测试。在断路器合闸状态下，欠压线圈施加的电压从0. 85Ue迅速下降至0，保持50% 延时时间，之后迅速上升至Ue，断路器应不动作;欠压线圈施加的电压从Ue迅速下降至0，最多保持120% 延时时间，在此时间范围内断路器应动作，并测量延时断开时间。

根据测试项目要求，测试流程共分3 个循环，如图5 ～ 图7 所示。



图5 第一循环全自动测试流程。



图6 第二循环全自动测试流程。



图7 第三循环全自动测试流程。

系统设置4 种测试模式:全自动( 一次自动完成所选择的所有试验项目)、单步自动( 单个流程只进行一次循环)、每五步自动( 完成单个流程的五次循环)和手动。随着所选试验项目和试验模式的不同，具体的测试流程会有所区别，如图8所示。



图8 测试流程界面。

3 结语

万能式断路器二次回路特性测试系统既可以单独进行自动检测工作，又可与自动输送流水线结合，实现产品全自动检测。检测系统已在出厂检验、产品制造部门成功投入使用，为HSW1 系列智能型万能式断路器产品出厂检验提供了可靠的质量保障，同时也提高了生产效率，降低了工人的劳动强度。系统不但可以满足智能型万能式断路器测试的要求，还可为产品的设计和性能改进、分析提供有力的科学依据，故该系统具有较好的推广价值和应用前景。