基于rs-1850的智能斷路器自動測試系統

0通信功能測試系統專用裝置是用于低壓配電高性能線路的重要保護因素。它的工作可靠性對確保主電源線路乃至相關電源的安全、穩定運行和相關電網非常重要。針對萬能式斷路器產品的可靠性檢驗自動測試系統已有很多的。隨著信息技術的發展,目前的萬能式斷路器一般采用數字化的智能脫扣控制器,數據通信是智能控制器的一項基本功能。利用智能控制器的數據通信功能,可以實現對萬能式斷路器的遙測、遙信、遙控和遙調,即“四遙”。數據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,必須在產品出廠前進行嚴格的測試和校驗。智能斷路器的通信接口目前尚無統一的標準,不同廠商的產品所采用的通信接口和協議往往不相同。基于RS-485接口的Modbus協議是當前智能斷路器中最常見的數據通信方式。然而,不同廠商的產品即使采用相同的接口和協議,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廠商內部的協議規范,進行以下2個方面的測試:(1)一致性驗證,主要目的是驗證不同設計人員開發的不同規格型號產品的通信協議是否一致,是否遵循統一的通信規范;(2)通信功能可靠性測試,斷路器往往工作于強電磁環境,在這種環境中能否保證數據傳輸的穩定可靠,需要模擬真實工作場景來進行測試。當前的一些通用通信協議測試軟件或系統主要著眼于一致性的驗證,其測試內容全面,測試過程復雜,操作較為繁瑣,一般沒有針對具體產品的應用層定義,主要適用于在實驗室進行通信協議的全面驗證。從產品檢驗的角度來看,通信協議的一致性在產品定型時已經過全面驗證,無須再做詳細測試,產品通信測試的重點應放在功能可靠性校驗方面,并且其測試系統應具有效率高、操作簡便的特點。本文針對萬能式智能斷路器產品通信可靠性的出廠測試檢驗,開發了一套以工業控制計算機和PLC為控制核心的通信協議自動測試系統。該系統主要針對測試基于RS-485接口的Modbus協議進行設計,通過相應的協議轉換裝置,也能用于其他類似通信協議的測試。為提高測試工作效率,系統主要著眼于通信功能的檢驗而不是通信協議的全面驗證,故設定了固定的測試項目并設計了相應的測試流程,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,該系統是以萬能式斷路器大電流試驗系統為基礎,在其中一些測試項目中可以對斷路器主回路通實際的負載電流、模擬斷路器的現場工作狀態進行通信功能的測試,使測試結果更真實可信。1基于ascii和rtu的通信模式Modbus協議是一種工業現場總線通信協議,通過該協議,實現不同廠商生產的控制設備之間以及控制設備經由網絡和其他設備之間方便的通信。它定義的是一種設備控制器可以識別的信息幀結構,獨立于物理層介質,可承載于多種網絡類型中。由于Modbus總線系統開發成本低、簡單易用,并且現在已有很多PLC、變頻器、顯示屏等都具有Modbus通信接口,因此,它已經成為一種公認的通信標準。Modbus協議具有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字符發送,該方式的主要優點是字符發送的時間間隔達1s而不產生錯誤;RTU通信模式是在消息的每8bit包含2個4bit的十六進制字符,該方式的主要優點是在同樣的波特率下比ASCII通信方式傳送更多的數據。標準的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串行總線標準,采用平衡傳輸方式,通信距離可達上千m,為現場設備的控制提供了很大的方便。2試驗系統功能該系統要求和主要技術指標如下:(1)通信格式。斷路器的通信格式采用標準的Modbus協議RTU模式,1個起始位,8個數據位,無奇偶校驗,2個停止位,并使用RS-485串行接口實現數據的傳輸。(2)測試內容與項目。結合智能斷路器的“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、狀態,并進行遙控分合閘操作。(1)空載條件下斷路器保護整定參數的讀取與寫入,測試其“遙調”功能;(2)空載和負載條件下斷路器實際工作狀態的讀取,測試其“遙信”功能;(3)空載和負載條件下遙控進行分合閘操作,測試其“遙控”功能;(4)負載條件下的電流、電壓監控和過載預報警測試,綜合測試其“遙測”和“遙信”功能。對于負載監控可監控支路負荷的卸載或重合閘操作,過載預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,可以方便地設置相關測試參數,并對整個測試過程進行實時監控。(4)結果的輸出。測試結果以報表形式輸出,并可根據需要進行存儲、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與被測巷道互聯根據系統要求,以萬能式斷路器裝配流水線上現有的大電流實驗系統為基礎,添加適當的通信接口裝置,構建測試系統硬件。硬件基本原理如圖1所示。該系統以工業控制計算機(簡稱工控機)和PLC為控制核心。工控機作為上位機,主要用于實現人機交互、完成測試參數的設置、現場數據的實時顯示、測試結果的存儲與顯示、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和控制命令,對測試過程進行實時控制,采集系統和被測斷路器二次回路的實時狀態并將其傳回工控機。同時,PLC通過RS-485接口與被測斷路器相連,基于Modbus協議構成主從式通信結構,用于實現測試系統與被測工件的實時通信。可調大電流電源可輸出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載電流,以模擬斷路器的實際負載工作條件,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。將二次端子的狀態與由通信接口獲取的斷路器狀態進行比較,可作為判斷通信功能正確與否的依據。在該系統中,實現斷路器“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,并將其顯示于上位機的監控界面,如是否合閘、儲能等,并與由二次回路夾具獲取的狀態進行比較。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,并結合當前主回路的測試連接方式,與可調大電流電源輸出的實際電壓、電流值進行比較,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。若斷路器及時響應控制命令并產生相應的動作,則說明遙控功能正常。(4)遙調。遙調主要用來實現斷路器某些保護參數(如整定電流、整定延時時間)的調整。參數在上位機設定,并通過PLC寫入被測斷路器。寫入操作完成后,上位機將再次發出參數的讀取指令,以驗證參數的修改是否成功。4測試進程控制測試系統的軟件設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組態軟件,通過良好的人機交互界面實現測試參數的設置、現場數據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,根據上位機發送的控制命令完成系統硬件設備的實時控制和現場數據的實時采集。4.1負載監控測試上位機控制程序總流程如圖2所示。軟件啟動后,首先執行系統的初始化,完成PLC及相關硬件設備的復位。初始化完成后,進入用戶登錄界面,登錄系統后將進行待測產品信息和測試參數的設置。在確認參數的設置準確無誤后,系統接通待測產品的二次電源進入測試階段,同時在測試的過程中系統將對主電源和二次電源進行實時監控,若電源出現異常,系統將自動終止測試。為了提高工作效率,系統設定了固定的測試項目和相應的測試流程,能夠自動完成整個測試過程,并可對斷路器的工作狀態和相電壓、線電壓等參數進行實時監控,測試項目可分為:(1)空載狀態下遙信、遙控、遙調功能的測試。在主回路不通電流的條件下,系統將通過通信接口完成被測產品與PLC之間的數據通信。上位機讀取二次端子的狀態并將其與經過通信接口獲取的數據進行比較,判斷測試結果是否合格。(2)負載條件下的電流電壓監控和過載預報警測試。負載監控及過載預報警測試均是在主回路通實際電流的條件下進行。(1)負載監控測試。負載監控主要用于控制支路負荷,可分別搞定2個整定電流:負載監控1整定電流ILC1和負載監控2整定電流ILC2,負載監控有2種監控方式:一種是卸載兩路負荷(整定電流分別對應ILC1、ILC2),當運行電流超過1.1倍整定值時,將按照過載反時限特性延時發出觸點信號來分斷支路負荷,從而保證主系統的供電;另一種一般用于監控一個支路的卸載和重合閘,當運行電流超過整定電流ILC11.1倍時,延時發出觸點信號,分斷支路負荷,若分斷后運行電流恢復正常,當電流值低于ILC2(一般整定分ILC2<ILC1),且持續穩定60s后,控制器將再次發出一個觸點信號,重合閘已分斷的支路負荷,恢復系統供電。在實際的測試過程中,系統將根據控制器內設定的負載監控整定電流值,通過PLC控制可調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出分斷或重合閘信號。(2)過載預報警測試。過載預報警測試則主要檢測在運行電流超過1.1倍整定值時,控制器是否能發出一個無源觸點信號,進而通過繼電器驅動指示燈表示斷路器已到達過載狀態。測試完成后,系統自動將測試結果顯示于測試報告中,并可根據需要進行存儲、打印輸出予以存檔,之后用戶可根據需要選擇繼續新的測試或注銷退出系統。4.2數據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,在系統啟動時需要對通信的波特率、數據位、奇偶校驗位、停止位及傳輸模式進行初始化。(2)控制器參數的讀取與寫入。程序中數據的讀取操作根據參數類型將其劃分為基本參數讀取、故障參數讀取、整定參數讀取以及產品信息參數讀取幾部分。參數的寫入主要是整定參數和控制命令的寫入。(3)接收工控機的控制命令。工控機與PLC通過RS-232串行接口實現數據的交換,PLC將根據工控機發出的控制命令執行相應程序,進而控制相關設備的運行。(4)故障處理。若數據在接收與傳送的過程中出現錯誤以及被測斷路器或智能控制器在測試的過程中出現故障,系統將自動終止測試,并接通相應的報警信號,同時以對話框的形式提示用戶可能出現故障的位置。當故障部位清除完畢后用戶可對被測產品進行新的測試,此時報警信號將被自動清除。5