基于rs-1850的智能断路器自动测试系统

基于rs-1850的智能断路器自动测试系统

0通信功能测试系统专用装置是用于低压配电高性能线路的重要保护因素。它的工作可靠性对确保主电源线路乃至相关电源的安全、稳定运行和相关电网非常重要。针对万能式断路器产品的可靠性检验自动测试系统已有很多的。随着信息技术的发展,目前的万能式断路器一般采用数字化的智能脱扣控制器,数据通信是智能控制器的一项基本功能。利用智能控制器的数据通信功能,可以实现对万能式断路器的遥测、遥信、遥控和遥调,即“四遥”。数据通信的可靠性是整个万能式断路器可靠性的一个重要方面,必须在产品出厂前进行严格的测试和校验。智能断路器的通信接口目前尚无统一的标准,不同厂商的产品所采用的通信接口和协议往往不相同。基于RS-485接口的Modbus协议是当前智能断路器中最常见的数据通信方式。然而,不同厂商的产品即使采用相同的接口和协议,它们之间也通常不具备互操作性,因此,智能断路器通信功能的检验主要是根据厂商内部的协议规范,进行以下2个方面的测试:(1)一致性验证,主要目的是验证不同设计人员开发的不同规格型号产品的通信协议是否一致,是否遵循统一的通信规范;(2)通信功能可靠性测试,断路器往往工作于强电磁环境,在这种环境中能否保证数据传输的稳定可靠,需要模拟真实工作场景来进行测试。当前的一些通用通信协议测试软件或系统主要着眼于一致性的验证,其测试内容全面,测试过程复杂,操作较为繁琐,一般没有针对具体产品的应用层定义,主要适用于在实验室进行通信协议的全面验证。从产品检验的角度来看,通信协议的一致性在产品定型时已经过全面验证,无须再做详细测试,产品通信测试的重点应放在功能可靠性校验方面,并且其测试系统应具有效率高、操作简便的特点。本文针对万能式智能断路器产品通信可靠性的出厂测试检验,开发了一套以工业控制计算机和PLC为控制核心的通信协议自动测试系统。该系统主要针对测试基于RS-485接口的Modbus协议进行设计,通过相应的协议转换装置,也能用于其他类似通信协议的测试。为提高测试工作效率,系统主要着眼于通信功能的检验而不是通信协议的全面验证,故设定了固定的测试项目并设计了相应的测试流程,在软件的控制下能自动完成智能断路器的“四遥”基本功能的测试。此外,该系统是以万能式断路器大电流试验系统为基础,在其中一些测试项目中可以对断路器主回路通实际的负载电流、模拟断路器的现场工作状态进行通信功能的测试,使测试结果更真实可信。1基于ascii和rtu的通信模式Modbus协议是一种工业现场总线通信协议,通过该协议,实现不同厂商生产的控制设备之间以及控制设备经由网络和其他设备之间方便的通信。它定义的是一种设备控制器可以识别的信息帧结构,独立于物理层介质,可承载于多种网络类型中。由于Modbus总线系统开发成本低、简单易用,并且现在已有很多PLC、变频器、显示屏等都具有Modbus通信接口,因此,它已经成为一种公认的通信标准。Modbus协议具有2种传输方式,即ASCII模式和RTU模式。ASCII通信模式在消息中的每8bit作为2个ASCII字符发送,该方式的主要优点是字符发送的时间间隔达1s而不产生错误;RTU通信模式是在消息的每8bit包含2个4bit的十六进制字符,该方式的主要优点是在同样的波特率下比ASCII通信方式传送更多的数据。标准的Modbus是使用RS-232串行接口,但由于RS-232常受到传输距离的限制,目前已广泛采用RS-485串行总线标准,采用平衡传输方式,通信距离可达上千m,为现场设备的控制提供了很大的方便。2试验系统功能该系统要求和主要技术指标如下:(1)通信格式。断路器的通信格式采用标准的Modbus协议RTU模式,1个起始位,8个数据位,无奇偶校验,2个停止位,并使用RS-485串行接口实现数据的传输。(2)测试内容与项目。结合智能断路器的“四遥”功能要求,分别在空载(主回路不通电流)和负载(主回路通以实际电流)条件下,利用通信接口读写断路器的参数、状态,并进行遥控分合闸操作。(1)空载条件下断路器保护整定参数的读取与写入,测试其“遥调”功能;(2)空载和负载条件下断路器实际工作状态的读取,测试其“遥信”功能;(3)空载和负载条件下遥控进行分合闸操作,测试其“遥控”功能;(4)负载条件下的电流、电压监控和过载预报警测试,综合测试其“遥测”和“遥信”功能。对于负载监控可监控支路负荷的卸载或重合闸操作,过载预报警测试可成功输出触点信号。(3)具有良好的人机交互界面,可以方便地设置相关测试参数,并对整个测试过程进行实时监控。(4)结果的输出。测试结果以报表形式输出,并可根据需要进行存储、打印等工作。(5)测试效率。每台断路器通信功能测试所消耗的时间不超过5min。3plc与被测巷道互联根据系统要求,以万能式断路器装配流水线上现有的大电流实验系统为基础,添加适当的通信接口装置,构建测试系统硬件。硬件基本原理如图1所示。该系统以工业控制计算机(简称工控机)和PLC为控制核心。工控机作为上位机,主要用于实现人机交互、完成测试参数的设置、现场数据的实时显示、测试结果的存储与显示、打印或上传测试报告等工作。PLC作为下位机,一方面接收工控机的控制参数和控制命令,对测试过程进行实时控制,采集系统和被测断路器二次回路的实时状态并将其传回工控机。同时,PLC通过RS-485接口与被测断路器相连,基于Modbus协议构成主从式通信结构,用于实现测试系统与被测工件的实时通信。可调大电流电源可输出0～6000A的低压大电流,通过切换电路和大电流夹具,能为被测断路器主回路提供不同大小、不同接入方式的实际负载电流,以模拟断路器的实际负载工作条件,从而测试断路器通信功能的可靠性。二次回路夹具与被测断路器的二次端子相连,用于为断路器提供必要的二次电源,同时也能检测断路器的工作状态。将二次端子的状态与由通信接口获取的断路器状态进行比较,可作为判断通信功能正确与否的依据。在该系统中,实现断路器“四遥”功能测试的原理和方法如下:(1)遥信。通过通信接口读取被测断路器的状态,并将其显示于上位机的监控界面,如是否合闸、储能等,并与由二次回路夹具获取的状态进行比较。若一致则表明遥信功能正常。(2)遥测。在主回路大电流接通条件下,通过通信接口读取被测断路器的相电压、线电流等参数,并结合当前主回路的测试连接方式,与可调大电流电源输出的实际电压、电流值进行比较,若两者差异小于一定阈值,则表明遥测功能正常。(3)遥控。结合测试流程的需要,通过通信接口来控制被测断路器的合闸与分励。若断路器及时响应控制命令并产生相应的动作,则说明遥控功能正常。(4)遥调。遥调主要用来实现断路器某些保护参数(如整定电流、整定延时时间)的调整。参数在上位机设定,并通过PLC写入被测断路器。写入操作完成后,上位机将再次发出参数的读取指令,以验证参数的修改是否成功。4测试进程控制测试系统的软件设计主要包括上位机和下位机两部分,上位机软件采用力控ForceControl6.0组态软件,通过良好的人机交互界面实现测试参数的设置、现场数据的实时显示以及整个测试过程的控制等功能;下位机采用WPLSoft软件编写,根据上位机发送的控制命令完成系统硬件设备的实时控制和现场数据的实时采集。4.1负载监控测试上位机控制程序总流程如图2所示。软件启动后,首先执行系统的初始化,完成PLC及相关硬件设备的复位。初始化完成后,进入用户登录界面,登录系统后将进行待测产品信息和测试参数的设置。在确认参数的设置准确无误后,系统接通待测产品的二次电源进入测试阶段,同时在测试的过程中系统将对主电源和二次电源进行实时监控,若电源出现异常,系统将自动终止测试。为了提高工作效率,系统设定了固定的测试项目和相应的测试流程,能够自动完成整个测试过程,并可对断路器的工作状态和相电压、线电压等参数进行实时监控,测试项目可分为:(1)空载状态下遥信、遥控、遥调功能的测试。在主回路不通电流的条件下,系统将通过通信接口完成被测产品与PLC之间的数据通信。上位机读取二次端子的状态并将其与经过通信接口获取的数据进行比较,判断测试结果是否合格。(2)负载条件下的电流电压监控和过载预报警测试。负载监控及过载预报警测试均是在主回路通实际电流的条件下进行。(1)负载监控测试。负载监控主要用于控制支路负荷,可分别搞定2个整定电流:负载监控1整定电流ILC1和负载监控2整定电流ILC2,负载监控有2种监控方式:一种是卸载两路负荷(整定电流分别对应ILC1、ILC2),当运行电流超过1.1倍整定值时,将按照过载反时限特性延时发出触点信号来分断支路负荷,从而保证主系统的供电;另一种一般用于监控一个支路的卸载和重合闸,当运行电流超过整定电流ILC11.1倍时,延时发出触点信号,分断支路负荷,若分断后运行电流恢复正常,当电流值低于ILC2(一般整定分ILC2<ILC1),且持续稳定60s后,控制器将再次发出一个触点信号,重合闸已分断的支路负荷,恢复系统供电。在实际的测试过程中,系统将根据控制器内设定的负载监控整定电流值,通过PLC控制可调大电流电源向断路器通测试所需的大电流,同时观察控制器是否发出分断或重合闸信号。(2)过载预报警测试。过载预报警测试则主要检测在运行电流超过1.1倍整定值时,控制器是否能发出一个无源触点信号,进而通过继电器驱动指示灯表示断路器已到达过载状态。测试完成后,系统自动将测试结果显示于测试报告中,并可根据需要进行存储、打印输出予以存档,之后用户可根据需要选择继续新的测试或注销退出系统。4.2数据读取模块下位机控制程序流程图如图3所示。下位机作为执行装置主要完成:(1)通信格式初始化。为了保证通信的可靠性,在系统启动时需要对通信的波特率、数据位、奇偶校验位、停止位及传输模式进行初始化。(2)控制器参数的读取与写入。程序中数据的读取操作根据参数类型将其划分为基本参数读取、故障参数读取、整定参数读取以及产品信息参数读取几部分。参数的写入主要是整定参数和控制命令的写入。(3)接收工控机的控制命令。工控机与PLC通过RS-232串行接口实现数据的交换,PLC将根据工控机发出的控制命令执行相应程序,进而控制相关设备的运行。(4)故障处理。若数据在接收与传送的过程中出现错误以及被测断路器或智能控制器在测试的过程中出现故障,系统将自动终止测试,并接通相应的报警信号,同时以对话框的形式提示用户可能出现故障的位置。当故障部位清除完毕后用户可对被测产品进行新的测试,此时报警信号将被自动清除。5