基于rs-1850的智能斷路器自動測試系統(tǒng)

基于rs-1850的智能斷路器自動測試系統(tǒng)

0通信功能測試系統(tǒng)專用裝置是用于低壓配電高性能線路的重要保護(hù)因素。它的工作可靠性對確保主電源線路乃至相關(guān)電源的安全、穩(wěn)定運行和相關(guān)電網(wǎng)非常重要。針對萬能式斷路器產(chǎn)品的可靠性檢驗自動測試系統(tǒng)已有很多的。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,目前的萬能式斷路器一般采用數(shù)字化的智能脫扣控制器,數(shù)據(jù)通信是智能控制器的一項基本功能。利用智能控制器的數(shù)據(jù)通信功能,可以實現(xiàn)對萬能式斷路器的遙測、遙信、遙控和遙調(diào),即“四遙”。數(shù)據(jù)通信的可靠性是整個萬能式斷路器可靠性的一個重要方面,必須在產(chǎn)品出廠前進(jìn)行嚴(yán)格的測試和校驗。智能斷路器的通信接口目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不同廠商的產(chǎn)品所采用的通信接口和協(xié)議往往不相同?；赗S-485接口的Modbus協(xié)議是當(dāng)前智能斷路器中最常見的數(shù)據(jù)通信方式。然而,不同廠商的產(chǎn)品即使采用相同的接口和協(xié)議,它們之間也通常不具備互操作性,因此,智能斷路器通信功能的檢驗主要是根據(jù)廠商內(nèi)部的協(xié)議規(guī)范,進(jìn)行以下2個方面的測試:(1)一致性驗證,主要目的是驗證不同設(shè)計人員開發(fā)的不同規(guī)格型號產(chǎn)品的通信協(xié)議是否一致,是否遵循統(tǒng)一的通信規(guī)范;(2)通信功能可靠性測試,斷路器往往工作于強電磁環(huán)境,在這種環(huán)境中能否保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠,需要模擬真實工作場景來進(jìn)行測試。當(dāng)前的一些通用通信協(xié)議測試軟件或系統(tǒng)主要著眼于一致性的驗證,其測試內(nèi)容全面,測試過程復(fù)雜,操作較為繁瑣,一般沒有針對具體產(chǎn)品的應(yīng)用層定義,主要適用于在實驗室進(jìn)行通信協(xié)議的全面驗證。從產(chǎn)品檢驗的角度來看,通信協(xié)議的一致性在產(chǎn)品定型時已經(jīng)過全面驗證,無須再做詳細(xì)測試,產(chǎn)品通信測試的重點應(yīng)放在功能可靠性校驗方面,并且其測試系統(tǒng)應(yīng)具有效率高、操作簡便的特點。本文針對萬能式智能斷路器產(chǎn)品通信可靠性的出廠測試檢驗,開發(fā)了一套以工業(yè)控制計算機和PLC為控制核心的通信協(xié)議自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對測試基于RS-485接口的Modbus協(xié)議進(jìn)行設(shè)計,通過相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置,也能用于其他類似通信協(xié)議的測試。為提高測試工作效率,系統(tǒng)主要著眼于通信功能的檢驗而不是通信協(xié)議的全面驗證,故設(shè)定了固定的測試項目并設(shè)計了相應(yīng)的測試流程,在軟件的控制下能自動完成智能斷路器的“四遙”基本功能的測試。此外,該系統(tǒng)是以萬能式斷路器大電流試驗系統(tǒng)為基礎(chǔ),在其中一些測試項目中可以對斷路器主回路通實際的負(fù)載電流、模擬斷路器的現(xiàn)場工作狀態(tài)進(jìn)行通信功能的測試,使測試結(jié)果更真實可信。1基于ascii和rtu的通信模式Modbus協(xié)議是一種工業(yè)現(xiàn)場總線通信協(xié)議,通過該協(xié)議,實現(xiàn)不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備之間以及控制設(shè)備經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間方便的通信。它定義的是一種設(shè)備控制器可以識別的信息幀結(jié)構(gòu),獨立于物理層介質(zhì),可承載于多種網(wǎng)絡(luò)類型中。由于Modbus總線系統(tǒng)開發(fā)成本低、簡單易用,并且現(xiàn)在已有很多PLC、變頻器、顯示屏等都具有Modbus通信接口,因此,它已經(jīng)成為一種公認(rèn)的通信標(biāo)準(zhǔn)。Modbus協(xié)議具有2種傳輸方式,即ASCII模式和RTU模式。ASCII通信模式在消息中的每8bit作為2個ASCII字符發(fā)送,該方式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔達(dá)1s而不產(chǎn)生錯誤;RTU通信模式是在消息的每8bit包含2個4bit的十六進(jìn)制字符,該方式的主要優(yōu)點是在同樣的波特率下比ASCII通信方式傳送更多的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)的Modbus是使用RS-232串行接口,但由于RS-232常受到傳輸距離的限制,目前已廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn),采用平衡傳輸方式,通信距離可達(dá)上千m,為現(xiàn)場設(shè)備的控制提供了很大的方便。2試驗系統(tǒng)功能該系統(tǒng)要求和主要技術(shù)指標(biāo)如下:(1)通信格式。斷路器的通信格式采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議RTU模式,1個起始位,8個數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗,2個停止位,并使用RS-485串行接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。(2)測試內(nèi)容與項目。結(jié)合智能斷路器的“四遙”功能要求,分別在空載(主回路不通電流)和負(fù)載(主回路通以實際電流)條件下,利用通信接口讀寫斷路器的參數(shù)、狀態(tài),并進(jìn)行遙控分合閘操作。(1)空載條件下斷路器保護(hù)整定參數(shù)的讀取與寫入,測試其“遙調(diào)”功能;(2)空載和負(fù)載條件下斷路器實際工作狀態(tài)的讀取,測試其“遙信”功能;(3)空載和負(fù)載條件下遙控進(jìn)行分合閘操作,測試其“遙控”功能;(4)負(fù)載條件下的電流、電壓監(jiān)控和過載預(yù)報警測試,綜合測試其“遙測”和“遙信”功能。對于負(fù)載監(jiān)控可監(jiān)控支路負(fù)荷的卸載或重合閘操作,過載預(yù)報警測試可成功輸出觸點信號。(3)具有良好的人機交互界面,可以方便地設(shè)置相關(guān)測試參數(shù),并對整個測試過程進(jìn)行實時監(jiān)控。(4)結(jié)果的輸出。測試結(jié)果以報表形式輸出,并可根據(jù)需要進(jìn)行存儲、打印等工作。(5)測試效率。每臺斷路器通信功能測試所消耗的時間不超過5min。3plc與被測巷道互聯(lián)根據(jù)系統(tǒng)要求,以萬能式斷路器裝配流水線上現(xiàn)有的大電流實驗系統(tǒng)為基礎(chǔ),添加適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌谘b置,構(gòu)建測試系統(tǒng)硬件。硬件基本原理如圖1所示。該系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機(簡稱工控機)和PLC為控制核心。工控機作為上位機,主要用于實現(xiàn)人機交互、完成測試參數(shù)的設(shè)置、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示、測試結(jié)果的存儲與顯示、打印或上傳測試報告等工作。PLC作為下位機,一方面接收工控機的控制參數(shù)和控制命令,對測試過程進(jìn)行實時控制,采集系統(tǒng)和被測斷路器二次回路的實時狀態(tài)并將其傳回工控機。同時,PLC通過RS-485接口與被測斷路器相連,基于Modbus協(xié)議構(gòu)成主從式通信結(jié)構(gòu),用于實現(xiàn)測試系統(tǒng)與被測工件的實時通信?？烧{(diào)大電流電源可輸出0～6000A的低壓大電流,通過切換電路和大電流夾具,能為被測斷路器主回路提供不同大小、不同接入方式的實際負(fù)載電流,以模擬斷路器的實際負(fù)載工作條件,從而測試斷路器通信功能的可靠性。二次回路夾具與被測斷路器的二次端子相連,用于為斷路器提供必要的二次電源,同時也能檢測斷路器的工作狀態(tài)。將二次端子的狀態(tài)與由通信接口獲取的斷路器狀態(tài)進(jìn)行比較,可作為判斷通信功能正確與否的依據(jù)。在該系統(tǒng)中,實現(xiàn)斷路器“四遙”功能測試的原理和方法如下:(1)遙信。通過通信接口讀取被測斷路器的狀態(tài),并將其顯示于上位機的監(jiān)控界面,如是否合閘、儲能等,并與由二次回路夾具獲取的狀態(tài)進(jìn)行比較。若一致則表明遙信功能正常。(2)遙測。在主回路大電流接通條件下,通過通信接口讀取被測斷路器的相電壓、線電流等參數(shù),并結(jié)合當(dāng)前主回路的測試連接方式,與可調(diào)大電流電源輸出的實際電壓、電流值進(jìn)行比較,若兩者差異小于一定閾值,則表明遙測功能正常。(3)遙控。結(jié)合測試流程的需要,通過通信接口來控制被測斷路器的合閘與分勵。若斷路器及時響應(yīng)控制命令并產(chǎn)生相應(yīng)的動作,則說明遙控功能正常。(4)遙調(diào)。遙調(diào)主要用來實現(xiàn)斷路器某些保護(hù)參數(shù)(如整定電流、整定延時時間)的調(diào)整。參數(shù)在上位機設(shè)定,并通過PLC寫入被測斷路器。寫入操作完成后,上位機將再次發(fā)出參數(shù)的讀取指令,以驗證參數(shù)的修改是否成功。4測試進(jìn)程控制測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括上位機和下位機兩部分,上位機軟件采用力控ForceControl6.0組態(tài)軟件,通過良好的人機交互界面實現(xiàn)測試參數(shù)的設(shè)置、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示以及整個測試過程的控制等功能;下位機采用WPLSoft軟件編寫,根據(jù)上位機發(fā)送的控制命令完成系統(tǒng)硬件設(shè)備的實時控制和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集。4.1負(fù)載監(jiān)控測試上位機控制程序總流程如圖2所示。軟件啟動后,首先執(zhí)行系統(tǒng)的初始化,完成PLC及相關(guān)硬件設(shè)備的復(fù)位。初始化完成后,進(jìn)入用戶登錄界面,登錄系統(tǒng)后將進(jìn)行待測產(chǎn)品信息和測試參數(shù)的設(shè)置。在確認(rèn)參數(shù)的設(shè)置準(zhǔn)確無誤后,系統(tǒng)接通待測產(chǎn)品的二次電源進(jìn)入測試階段,同時在測試的過程中系統(tǒng)將對主電源和二次電源進(jìn)行實時監(jiān)控,若電源出現(xiàn)異常,系統(tǒng)將自動終止測試。為了提高工作效率,系統(tǒng)設(shè)定了固定的測試項目和相應(yīng)的測試流程,能夠自動完成整個測試過程,并可對斷路器的工作狀態(tài)和相電壓、線電壓等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控,測試項目可分為:(1)空載狀態(tài)下遙信、遙控、遙調(diào)功能的測試。在主回路不通電流的條件下,系統(tǒng)將通過通信接口完成被測產(chǎn)品與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。上位機讀取二次端子的狀態(tài)并將其與經(jīng)過通信接口獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,判斷測試結(jié)果是否合格。(2)負(fù)載條件下的電流電壓監(jiān)控和過載預(yù)報警測試。負(fù)載監(jiān)控及過載預(yù)報警測試均是在主回路通實際電流的條件下進(jìn)行。(1)負(fù)載監(jiān)控測試。負(fù)載監(jiān)控主要用于控制支路負(fù)荷,可分別搞定2個整定電流:負(fù)載監(jiān)控1整定電流ILC1和負(fù)載監(jiān)控2整定電流ILC2,負(fù)載監(jiān)控有2種監(jiān)控方式:一種是卸載兩路負(fù)荷(整定電流分別對應(yīng)ILC1、ILC2),當(dāng)運行電流超過1.1倍整定值時,將按照過載反時限特性延時發(fā)出觸點信號來分?jǐn)嘀坟?fù)荷,從而保證主系統(tǒng)的供電;另一種一般用于監(jiān)控一個支路的卸載和重合閘,當(dāng)運行電流超過整定電流ILC11.1倍時,延時發(fā)出觸點信號,分?jǐn)嘀坟?fù)荷,若分?jǐn)嗪筮\行電流恢復(fù)正常,當(dāng)電流值低于ILC2(一般整定分ILC2<ILC1),且持續(xù)穩(wěn)定60s后,控制器將再次發(fā)出一個觸點信號,重合閘已分?jǐn)嗟闹坟?fù)荷,恢復(fù)系統(tǒng)供電。在實際的測試過程中,系統(tǒng)將根據(jù)控制器內(nèi)設(shè)定的負(fù)載監(jiān)控整定電流值,通過PLC控制可調(diào)大電流電源向斷路器通測試所需的大電流,同時觀察控制器是否發(fā)出分?jǐn)嗷蛑睾祥l信號。(2)過載預(yù)報警測試。過載預(yù)報警測試則主要檢測在運行電流超過1.1倍整定值時,控制器是否能發(fā)出一個無源觸點信號,進(jìn)而通過繼電器驅(qū)動指示燈表示斷路器已到達(dá)過載狀態(tài)。測試完成后,系統(tǒng)自動將測試結(jié)果顯示于測試報告中,并可根據(jù)需要進(jìn)行存儲、打印輸出予以存檔,之后用戶可根據(jù)需要選擇繼續(xù)新的測試或注銷退出系統(tǒng)。4.2數(shù)據(jù)讀取模塊下位機控制程序流程圖如圖3所示。下位機作為執(zhí)行裝置主要完成:(1)通信格式初始化。為了保證通信的可靠性,在系統(tǒng)啟動時需要對通信的波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位及傳輸模式進(jìn)行初始化。(2)控制器參數(shù)的讀取與寫入。程序中數(shù)據(jù)的讀取操作根據(jù)參數(shù)類型將其劃分為基本參數(shù)讀取、故障參數(shù)讀取、整定參數(shù)讀取以及產(chǎn)品信息參數(shù)讀取幾部分。參數(shù)的寫入主要是整定參數(shù)和控制命令的寫入。(3)接收工控機的控制命令。工控機與PLC通過RS-232串行接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換,PLC將根據(jù)工控機發(fā)出的控制命令執(zhí)行相應(yīng)程序,進(jìn)而控制相關(guān)設(shè)備的運行。(4)故障處理。若數(shù)據(jù)在接收與傳送的過程中出現(xiàn)錯誤以及被測斷路器或智能控制器在測試的過程中出現(xiàn)故障,系統(tǒng)將自動終止測試,并接通相應(yīng)的報警信號,同時以對話框的形式提示用戶可能出現(xiàn)故障的位置。當(dāng)故障部位清除完畢后用戶可對被測產(chǎn)品進(jìn)行新的測試,此時報警信號將被自動清除。5