摘 要
本文介紹了一套基于PLC、組態(tài)軟件的高壓電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)的原理、組成和設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)采用工控機(jī)為上位機(jī)，PLC為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高壓電機(jī)型式試驗(yàn)自動(dòng)控制。該系統(tǒng)使用了組態(tài)王軟件和三菱PLC智能化控制體系，能夠完成高壓電機(jī)一般性能項(xiàng)目的檢驗(yàn)，而且該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能應(yīng)用于某大功率型電機(jī)試驗(yàn)站計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，有效地提高電機(jī)試驗(yàn)的自動(dòng)化程度，使測(cè)試數(shù)據(jù)更加客觀精確，有利于更好的檢測(cè)電機(jī)的性能。
【關(guān)鍵詞】：高壓電機(jī)；組態(tài)王；PLC；智能控制；自動(dòng)測(cè)試
ABSTRACT
　　A set of intelligent test system for high voltage motor based on PLC, king View and its principle, constitute and the design process are introduced. By using the industrial computer as the upper machine, and PLC as the bottom machine, type test for high voltage motor can be automatically controlled. This system adopts the software of king view and Mitsubishi PLC intelligences control systems, which can complete the high voltage motor examination of the general function item. At the same time, this system has the good man-machine interface, operation convenience, structure simple, and can be applied in automatic test system of calculator. It will effectively raise the automation degree of electrical engineering experiment and also make the testing data more objective and accurate which is advantageous to the function of the better examination motor.
【Keywords】: High voltage motor King View PLC The intelligence control Auto-testing
第1章 引言 以前，我國(guó)對(duì)電機(jī)的試驗(yàn)一直是非智能化的，一般采用人工單機(jī)控制,時(shí)效性較差，誤差也較大，很難滿(mǎn)足測(cè)試的要求。
近幾年來(lái)，我國(guó)對(duì)電機(jī)的智能檢測(cè)有了很大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的檢測(cè)裝備和檢測(cè)技術(shù)有了較快的發(fā)展,各種檢測(cè)傳感器、檢測(cè)儀器已比較齊備,而且性能也較穩(wěn)定,為電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的研制提供了有利的條件。但就高壓電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用而言，還存在著以下不足:高壓電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低、系統(tǒng)的可靠性、安全性不夠等等。
高壓試驗(yàn)系統(tǒng)投資總額較高,而作為投資方的電機(jī)質(zhì)檢機(jī)構(gòu),希望在原有低壓檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備改造,研制出能進(jìn)行高壓電機(jī)試驗(yàn)的檢測(cè)系統(tǒng)。同時(shí),制造企業(yè)由于各種因素的制約,缺少完備的型式試驗(yàn)設(shè)備和相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,對(duì)存在的性能缺陷往往不能準(zhǔn)確進(jìn)行地診斷,分析缺陷的原因,提出明確的改進(jìn)建議。
所有的電機(jī)（包括高壓電機(jī)）在出廠(chǎng)之前都要經(jīng)過(guò)型式試驗(yàn)和性能測(cè)試，全面達(dá)到技術(shù)要求之后才能投產(chǎn)或繼續(xù)生產(chǎn)。這些測(cè)試或試驗(yàn)的數(shù)據(jù)包括電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)差率、頻率、效率、溫度、電阻等，這些參數(shù)是在滿(mǎn)足GB1032三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法等國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的精度及其安全要求的基礎(chǔ)上通過(guò)空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)等多種試驗(yàn)獲得的，本文所介紹的智能高壓電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)具有自動(dòng)測(cè)試功能，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)，能夠很好地反映電機(jī)性能及其質(zhì)量。
1.1 電機(jī)型式試驗(yàn)簡(jiǎn)介
電機(jī)試驗(yàn)是利用儀器、儀表及相關(guān)設(shè)備，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)電機(jī)制造過(guò)程中的半成品和成品，或以電機(jī)為主體的配套產(chǎn)品的電氣性能、力學(xué)性能、安全性能及可靠性能等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行的檢驗(yàn)。通過(guò)這些檢驗(yàn)，可以全部或部分的反映被試電機(jī)的相關(guān)性能數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)，可以判斷被試產(chǎn)品是否符合設(shè)計(jì)要求、品質(zhì)的優(yōu)劣以及改進(jìn)的目標(biāo)和方向。
所謂型式試驗(yàn)是一種全面的性能試驗(yàn)，能夠較確切地得到被試電機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)的試驗(yàn)，其目的是為了確定電機(jī)的電氣和機(jī)械參數(shù)是否全面達(dá)到技術(shù)要求，各種型式電機(jī)均需要通過(guò)本試驗(yàn)才能投產(chǎn)或繼續(xù)生產(chǎn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和英、蘇、德等國(guó)家都把型式試驗(yàn)當(dāng)作一種性能試驗(yàn)，用來(lái)檢查電機(jī)的特性和參數(shù)。這種試驗(yàn)一般只對(duì)各種型式電機(jī)中的第一臺(tái)或首批的幾臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行，所以稱(chēng)為型式試驗(yàn)。
根據(jù)需要，試驗(yàn)可包括標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的所有項(xiàng)目，也可以是其中的一部分項(xiàng)目。
按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在下述情況下，應(yīng)進(jìn)行型式試驗(yàn)：
1.新設(shè)計(jì)試制的產(chǎn)品；
2.經(jīng)鑒定定型后小批試投產(chǎn)的產(chǎn)品；
3.設(shè)計(jì)或故意上的變更足以引起電機(jī)的某些特性和參數(shù)發(fā)生變化的產(chǎn)品；
4.檢查試驗(yàn)結(jié)構(gòu)與以前試驗(yàn)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可容許的偏差的產(chǎn)品；
5.產(chǎn)品自定型投產(chǎn)后的定期抽試。
1.1.1 空載試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)
電機(jī)試驗(yàn)的項(xiàng)目很多，如空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)等等，在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只介紹和設(shè)計(jì)了空載和負(fù)載試驗(yàn)。所以有必要弄清它們的試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)過(guò)程。
1.空載特性試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)?zāi)康模?BR>三相異步電動(dòng)機(jī)的空載試驗(yàn)是給定子施加額定頻率的額定電壓，試驗(yàn)?zāi)康模?BR>a.檢查電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活情況，有無(wú)異常噪聲和較強(qiáng)的振動(dòng)；
b.通過(guò)測(cè)試求得電機(jī)在額定電壓時(shí)的鐵心損耗和在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的機(jī)械損耗；
c.通過(guò)試驗(yàn)得出空載電流與空載電壓的關(guān)系曲線(xiàn)。這條曲線(xiàn)其實(shí)就是一條磁化曲線(xiàn)。它可以反映出電機(jī)磁路工作的情況，例如鐵心材料的性能，轉(zhuǎn)子的氣隙等的選擇是否合理。
(2)試驗(yàn)過(guò)程：
將電機(jī)啟動(dòng)后保持額定電壓和額定頻率空載運(yùn)行到機(jī)械損耗穩(wěn)定。判斷機(jī)械損耗穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是：輸入功率相隔半個(gè)小時(shí)的兩個(gè)讀數(shù)之差不大于前一次輸入功率的3%，在實(shí)際應(yīng)用中，一般憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，對(duì)1KW以下的電機(jī)一般運(yùn)行15～30min,對(duì)1～10KW的電機(jī)一般運(yùn)行30～60min,對(duì)大于10KW的電機(jī)應(yīng)為60～90min.
試驗(yàn)時(shí)，施于定子繞組上的電壓從1.1～1.3Un開(kāi)始，逐漸降低到可能達(dá)到的最低電壓值，使電流開(kāi)始回升為止，其間測(cè)取7～9個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)應(yīng)測(cè)取下列數(shù)值：三相電壓（如可確定三相平衡時(shí)，可只測(cè)一相），三相電流，輸入功率P0。
2.負(fù)載試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)?zāi)康模?BR> 負(fù)載試驗(yàn)的目的實(shí)際上是要測(cè)取電機(jī)的工作特性曲線(xiàn)，考慮效率和功率因素是否合格，取得分析電機(jī)運(yùn)行性能的必要數(shù)據(jù)。
(2)試驗(yàn)過(guò)程：
測(cè)試應(yīng)在被試電機(jī)接近熱狀態(tài)下進(jìn)行，在額定功率和額定頻率下，改變負(fù)載，在1.25～0.25倍額定功率范圍內(nèi)測(cè)取6～8點(diǎn)讀數(shù)，每點(diǎn)同時(shí)測(cè)量：三相電壓，三相電流，輸入功率，功率因素，轉(zhuǎn)差率，輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差率實(shí)際是通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速計(jì)算出來(lái)的。
1.1.2 電機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
本試驗(yàn)中要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先必須滿(mǎn)足GB1032三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法等國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的精度及安全要求：
1.試驗(yàn)電源
1)試驗(yàn)電源的電壓波形正弦畸變率（電壓波形中所包含的除基波分量以外的各次諧波的有效值平方和的根值與基波分量有效值之比的百分?jǐn)?shù)）應(yīng)不超過(guò)5%，在進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)應(yīng)不超過(guò)2.5%。
2)試驗(yàn)電源的三相電壓對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)應(yīng)符合下述要求：
電壓的負(fù)序分量和零序分量均不超過(guò)正序分量的1%；在進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，負(fù)序分量不超過(guò)正序分量的0.5%,零序分量的影響予以消除。
試驗(yàn)電源的頻率與額定頻率之差應(yīng)在額定頻率±1%范圍內(nèi)。
2.測(cè)量?jī)x表
試驗(yàn)時(shí)，采用的電氣測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5級(jí)，三相瓦特表的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1.0級(jí)，互感器的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.2級(jí)，電量變送器的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%級(jí)（檢查試驗(yàn)時(shí)應(yīng)不低于1%），數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x及轉(zhuǎn)差率測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.1%±1個(gè)字，轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x及測(cè)功機(jī)的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1%（實(shí)測(cè)效率應(yīng)不低于0.5%）。
選擇儀表時(shí)，應(yīng)使測(cè)量值位于20%-95%儀表量程范圍內(nèi)。
3.測(cè)量要求
進(jìn)行電氣測(cè)量時(shí)，應(yīng)遵循下列要求：
1) 三相電流用三電流互感器（或二互感器）法。
2) 采用電流互感器時(shí)，接入付邊回路儀表的總阻抗（包括連接導(dǎo)線(xiàn)）應(yīng)不超過(guò)其額定阻抗值。
3)試驗(yàn)時(shí)，各儀表讀數(shù)同時(shí)讀取。在測(cè)量三相電壓或三相電流時(shí)，應(yīng)取三相讀數(shù)的平均值作為測(cè)量的實(shí)際值。
1.2 電機(jī)自動(dòng)測(cè)試的特點(diǎn)及和當(dāng)前電機(jī)測(cè)試的現(xiàn)狀
以往的電機(jī)測(cè)試往往采用普通的指針式儀表由人工讀數(shù)、人工記錄，然后由人工整理成數(shù)據(jù)并描繪曲線(xiàn)或編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于某些原因如電源的波動(dòng)、頻率波動(dòng)、負(fù)載波動(dòng)等因素會(huì)使儀表的指針擺動(dòng)，為了能比較準(zhǔn)確的讀出某一瞬間的各項(xiàng)被測(cè)參數(shù)，往往需要幾個(gè)人同時(shí)讀表，工作效率低。不僅如此，由于讀表的不同時(shí)性以及讀數(shù)、記錄、計(jì)算中各種人為誤差還會(huì)使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性大，試驗(yàn)經(jīng)過(guò)的準(zhǔn)確度低，重復(fù)性差，現(xiàn)在這種測(cè)試方法基本被淘汰。
另外一種測(cè)量方式是使用各種電子測(cè)量?jī)x表，如多功能電參數(shù)測(cè)試儀可以測(cè)量電機(jī)在各種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率等，這類(lèi)儀器一般由單片機(jī)構(gòu)成，測(cè)量精度高，采用數(shù)字顯示，功能比較完備，提高了自動(dòng)化程度，但是對(duì)數(shù)據(jù)的處理、試驗(yàn)過(guò)程中的讀數(shù)同步等問(wèn)題，仍然不夠理想。
在數(shù)字儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)字式自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以控制測(cè)量過(guò)程，處理測(cè)試數(shù)據(jù)，記錄與顯示測(cè)量結(jié)果。
采用微機(jī)的電機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試功能、測(cè)量精度等各項(xiàng)指標(biāo)上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法。使電機(jī)測(cè)試步入了新的時(shí)代。[21]
近幾年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)的功能不斷強(qiáng)大，各種人機(jī)界面軟件不斷涌現(xiàn)，這給電機(jī)測(cè)試提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面。這又使電機(jī)測(cè)試邁進(jìn)了一大步。
1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求
本課題實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)高壓電氣控制系統(tǒng)，擬在論證各種高壓檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方案的基礎(chǔ)上，選擇一種方案設(shè)計(jì)。并以H400以下，500KW以下、額定電壓10KV樣機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng),能夠完成高壓電機(jī)一般性能的檢測(cè)。并且選定合適的變壓器、調(diào)壓器、高壓設(shè)施、電纜等，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓電機(jī)一般性能項(xiàng)目的檢測(cè)，滿(mǎn)足GB1032三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法等國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的精度及安全要求。繪制原理圖、主回路、控制回路、測(cè)量回路框圖，設(shè)計(jì)控制流程及程序、進(jìn)行量程分檔，選用合適的儀器設(shè)備及其參數(shù)設(shè)置，完成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。

1.4 本文完成的主要工作

　　本文完成的主要工作如下：

(1)分析型式試驗(yàn)要求，查閱并檢索國(guó)內(nèi)外電機(jī)試驗(yàn)的文獻(xiàn)資料；
(2)研究高壓試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方案，確定總體方案；
(3)設(shè)計(jì)電機(jī)試驗(yàn)主回路系統(tǒng)；
(4)按照標(biāo)準(zhǔn)精度要求選用儀器儀表，設(shè)計(jì)測(cè)量回路；
(5)設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、下位機(jī)、保護(hù)系統(tǒng)及上位機(jī)和下位機(jī)的通訊；
(6)系統(tǒng)設(shè)計(jì)展望并對(duì)本文進(jìn)行小結(jié)。

1.5 論文的體系結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，論文各章節(jié)之間的體系結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：





第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　目前電機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要組成很相似，主要有：微機(jī)系統(tǒng)及其外部設(shè)備、測(cè)試硬件平臺(tái)、各種數(shù)字測(cè)試儀器。在試驗(yàn)的方法上主要有兩種類(lèi)型：一個(gè)就是試驗(yàn)的過(guò)程控制是由測(cè)試硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，微機(jī)系統(tǒng)只進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、曲線(xiàn)繪制等。比如浙江大學(xué)電磁研究所1995年研制的一套電機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，它是用微機(jī)接口控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。還有就是美國(guó)西屋公司研制的電機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程是由PLC實(shí)現(xiàn)的。

　　隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)的性能越來(lái)越強(qiáng)大，軟件的發(fā)展也使實(shí)現(xiàn)控制變得極為方便、靈活，所以現(xiàn)在大多數(shù)系統(tǒng)都把控制邏輯由微機(jī)控制，通過(guò)通訊口對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，因?yàn)檫\(yùn)行在微機(jī)上的軟件編寫(xiě)非常靈活，很多功能非常容易實(shí)現(xiàn)，能進(jìn)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算、判斷，而且運(yùn)算速度非常快，系統(tǒng)靈活性大大增加。

　　本課題所要設(shè)計(jì)的高壓電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的電機(jī)試驗(yàn)一樣，要實(shí)現(xiàn)負(fù)載試驗(yàn)，首先必須有一個(gè)總的構(gòu)思：
　　高壓電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)首先要考慮為被試電機(jī)提供一個(gè)可調(diào)的高壓電源，有個(gè)可調(diào)高壓電源，考慮本系統(tǒng)完成的是電機(jī)的負(fù)載試驗(yàn)，必須讓負(fù)載變化，所以必須還得提供一個(gè)可調(diào)的大功率負(fù)載，而且這個(gè)負(fù)載必須平滑可調(diào)。在本系統(tǒng)中，負(fù)載是利用與被測(cè)電機(jī)電壓、功率相同的另一臺(tái)負(fù)載電機(jī)M2來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了讓系統(tǒng)按設(shè)定的要求工作，必須采用PLC對(duì)其控制，而且試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)參數(shù)必須通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集才能上傳至上位機(jī)，通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)施監(jiān)控。

2.1系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能

1)系統(tǒng)能夠使變頻機(jī)組的頻率在允許的范圍內(nèi)（保證負(fù)載電機(jī)不過(guò)載）平滑可調(diào)；
2)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)被試電機(jī)負(fù)載平滑可調(diào)；
3)系統(tǒng)能夠按照試驗(yàn)要求對(duì)變頻電源和負(fù)載實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；
4)系統(tǒng)能夠按要求實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并能把數(shù)據(jù)通過(guò)串行口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，軟件提供可視化菜單；
5)系統(tǒng)能夠在遇到異常情況（如過(guò)壓、過(guò)載等）自動(dòng)切斷電路或發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.2 系統(tǒng)的組成

　　本智能試驗(yàn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)有所區(qū)別，本系統(tǒng)不但要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的試驗(yàn)，而且要實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化，數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化，并能實(shí)現(xiàn)微機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控參數(shù)變化，更重要的是所涉及的試驗(yàn)電機(jī)為10KV的高壓電機(jī)，還要考慮高壓保護(hù)等，因此，勿庸置疑，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要涉及更多控制和保護(hù)模塊。

　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及控制要求，試驗(yàn)系統(tǒng)分為控制子系統(tǒng)、高壓子系統(tǒng)、可調(diào)負(fù)載子系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等部分。

　　控制子系統(tǒng)由上位機(jī)（工控機(jī)）、下位機(jī)（PLC）和控制裝置三個(gè)部分組成。上位機(jī)采用組態(tài)王組態(tài)軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；下位機(jī)采用三菱PLC進(jìn)行控制。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)考慮采用傳感器、變送器、A/D轉(zhuǎn)換裝置通過(guò)RS-485接口把數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)或者通過(guò)自帶RS-485接口的高精度智能儀表直接把數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，組態(tài)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)結(jié)果。

　　同時(shí)，組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。
系統(tǒng)組成框圖如圖2所示：




2.3 系統(tǒng)的工作原理

　　圖2中，虛線(xiàn)框中控制及其高壓保護(hù)裝置、被試電機(jī)以及可調(diào)負(fù)載構(gòu)成了主回路系統(tǒng)。PLC按要求控制主回路系統(tǒng)的工作，當(dāng)被試電機(jī)的電壓和負(fù)載滿(mǎn)足要求時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)，測(cè)量主回路中被試側(cè)和負(fù)載側(cè)的各個(gè)參數(shù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，組態(tài)界面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。PLC和工控機(jī)之間通過(guò)串行接口連接，工控機(jī)可通過(guò)PLC控制現(xiàn)場(chǎng)的工作流程。整個(gè)工作構(gòu)成了一個(gè)智能化電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。
3.1 設(shè)計(jì)的重要性及思想

1.主回路設(shè)計(jì)的重要性：

　　實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)試驗(yàn)首先必須解決的問(wèn)題之一是主回路的設(shè)計(jì)，這步非常關(guān)鍵，控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)都是基于主回路系統(tǒng)工作，并對(duì)它進(jìn)行自動(dòng)化、智能化控制及測(cè)量，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基石。

2.設(shè)計(jì)的基本思想:

1)負(fù)載可調(diào)；
　　考慮系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和設(shè)計(jì)的要求，既然是負(fù)載試驗(yàn)，首先必須解決負(fù)載問(wèn)題，為了方便起見(jiàn)，采用雙電機(jī)系統(tǒng)，只要讓負(fù)載電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，即成為被試電機(jī)的負(fù)載，但是又必須解決負(fù)載在一定范圍（被試電機(jī)允許的負(fù)載）之內(nèi)平滑可調(diào)，只要在一定頻率范圍內(nèi)改變負(fù)載電機(jī)的頻率，即可改變被試電機(jī)的負(fù)載，本系統(tǒng)中采用變頻機(jī)組來(lái)平滑調(diào)節(jié)頻率，這樣達(dá)到改變被試電機(jī)負(fù)載的目的。

2)高壓可調(diào)；
　　系統(tǒng)一般進(jìn)線(xiàn)電壓為380V，要實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的高壓，并且讓其可調(diào)，必須用到升壓變壓器和調(diào)壓側(cè)，所以在兩側(cè)都要用升壓變壓器和調(diào)壓器。

3)測(cè)量?jī)x表的選定；
　　在本系統(tǒng)中測(cè)量電流用電流互感器，考慮負(fù)載的大幅變化，被測(cè)電流的變化范圍，要用到幾組電流互感器來(lái)隨電流的變化自動(dòng)切換，提高電流測(cè)量的精度。電壓的測(cè)量采用電壓互感器。

4)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻；
　　主電路中進(jìn)線(xiàn)電壓為電網(wǎng)電壓，難免會(huì)有所波動(dòng)，而且，調(diào)壓過(guò)程中電壓也會(huì)略有抖動(dòng)，因此，考慮在被試側(cè)的低壓側(cè)接上穩(wěn)壓器件。負(fù)載側(cè)由于變頻機(jī)組本身具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻功能。所以不需要再接穩(wěn)壓器件。

5)高壓保護(hù)裝置；
　　因?yàn)閮蓚?cè)都是高壓線(xiàn)路，所以在兩側(cè)必須裝有高壓斷路器和高壓隔離開(kāi)關(guān)，以便電路在異常情況下自動(dòng)切斷線(xiàn)路，也有利于手動(dòng)控制線(xiàn)路。

3.2 主回路的硬件接線(xiàn)及工作原理

　　基于3.1節(jié)設(shè)計(jì)思想主回路硬件接線(xiàn)如圖3.1所示：




QF：高壓斷路器；QS：高壓隔離開(kāi)關(guān)；TA：電流互感器；TV電壓互感器；TB：調(diào)壓器；T：變壓器；FU：熔斷器


　　本系統(tǒng)采用雙路高壓，一路為被試機(jī)（M1）供電，一路為作為負(fù)載用的負(fù)載電機(jī)（M2）供電。值得注意的是，在進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，負(fù)載能量經(jīng)電源機(jī)組、調(diào)壓器回饋到低壓側(cè)電網(wǎng)。具體為：負(fù)載電機(jī)與被試電機(jī)同軸聯(lián)接，通過(guò)電源機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使被試電機(jī)與負(fù)載之間形成一定的轉(zhuǎn)速差，即使負(fù)載電機(jī)的頻率f<50HZ，處于發(fā)電狀態(tài)，從而為被試電機(jī)加了負(fù)載，改變變頻機(jī)組的輸出頻率，即可改變被試電機(jī)的負(fù)載大小。由于M2以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，則產(chǎn)生的電能通過(guò)電源機(jī)組經(jīng)調(diào)壓器回饋至電網(wǎng)。因此，從整個(gè)系統(tǒng)角度來(lái)看，系統(tǒng)消耗的能量主要為系統(tǒng)內(nèi)各電機(jī)的損耗。所以，本系統(tǒng)具有運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)。值得注意的是，要限制變頻機(jī)組的頻率變化范圍，以防被試電機(jī)過(guò)載。在本系統(tǒng)中擬定輸出的變頻范圍為 8～50Hz。

　　在主回路中，如被試電機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作時(shí)，首先在低壓下讓其旋轉(zhuǎn)方向相同, 啟動(dòng)負(fù)載電機(jī),將其電源頻率和電壓調(diào)到額定值左右,隨即被試電機(jī)通電，調(diào)節(jié)電壓至額定值,然后降低負(fù)載電機(jī)的電源頻率，讓被試電機(jī)逐漸加負(fù)載至額定值,負(fù)載電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，直至被試電機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。接著在滿(mǎn)足功率調(diào)節(jié)范圍在1.25～0.25PN內(nèi)用變頻電源平滑調(diào)節(jié)被試電機(jī)的負(fù)載, 測(cè)取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，被試電機(jī)應(yīng)保持頻率和電壓不變；輔助電機(jī)應(yīng)保持額定電壓不變。

3.3主回路相關(guān)設(shè)備的選擇

一、高壓試驗(yàn)對(duì)調(diào)壓器的基本要求

　　高壓試驗(yàn)必須有一個(gè)能滿(mǎn)足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的可調(diào)試驗(yàn)電源。通常在高壓試驗(yàn)變壓器的前級(jí)選配合適的調(diào)壓器，借助調(diào)壓器的電壓調(diào)整，使高壓試驗(yàn)變壓器輸出滿(mǎn)足要求的、無(wú)級(jí)連續(xù)、均勻變化的試驗(yàn)電壓。高壓試驗(yàn)配用的調(diào)壓器，除了其輸出容量、相數(shù)、頻率、輸出電壓變化范圍等基本參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足試驗(yàn)要求外，還要求調(diào)壓器應(yīng)具有以下性能。

　　1)輸出電壓質(zhì)量好 如要求調(diào)壓器輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波；輸出電壓下限最好為零；有些場(chǎng)合還要求輸出電壓與輸入電壓相位相同。
　　2)調(diào)壓特性好 如要求調(diào)壓器阻抗不宜過(guò)高；調(diào)壓特性曲線(xiàn)平滑線(xiàn)性；調(diào)節(jié)方便、可靠。
　　3)環(huán)境保護(hù)好 如要求調(diào)壓器運(yùn)行噪聲小。


二、調(diào)壓器和變壓器的選擇

　　高壓試驗(yàn)用調(diào)壓器，一般采用移圈調(diào)壓器、感應(yīng)調(diào)壓器和接觸調(diào)壓器三種類(lèi)型。在本系統(tǒng)中采用柱式接觸調(diào)壓器。

　　柱式接觸調(diào)壓器是一種輸出電壓連續(xù)可調(diào)的自耦變壓器。它具有輸出電壓波形正弦性好，輸出電壓下限可以為零，調(diào)壓特性平滑、連續(xù)、線(xiàn)性；短路阻抗可以控制在較小范圍內(nèi)，運(yùn)行噪聲小以及輸出電壓與輸入電壓相位基本相同等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的高壓試驗(yàn)用調(diào)壓器。

圖3中主回路進(jìn)線(xiàn)電壓為380V，但是高壓側(cè)電機(jī)的額定電壓為10KV，必須通過(guò)調(diào)壓器和升壓變壓器才能達(dá)到高壓，擬定調(diào)壓范圍為1KV～12KV，通過(guò)調(diào)壓器使其電壓在40～600V范圍內(nèi)變化，升壓變壓器的變比為0.4KV～10KV。值得說(shuō)明的是，調(diào)壓器和變壓器只分別給出了調(diào)壓范圍和變比，沒(méi)有選擇實(shí)際的型號(hào)。實(shí)際運(yùn)用時(shí)必須按標(biāo)準(zhǔn)選擇型號(hào)。


第4章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　以GB1032三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法為依據(jù),保證試驗(yàn)過(guò)程滿(mǎn)足要求,根據(jù)此要求設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)。由控制系統(tǒng)由工控機(jī)(上位機(jī)) 、PLC(下位機(jī))和控制裝置等組成。上位機(jī)采用組態(tài)王組態(tài)軟件,下位機(jī)采用三菱FX2N型PLC,通訊采用RS - 232接口（實(shí)驗(yàn)用）。其中組態(tài)王軟件提供可視化菜單,試驗(yàn)人員按組態(tài)界面的提示,由工控機(jī)發(fā)出控制指令,通過(guò)可編程序控制器對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。

4.1 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

4.1.1 組態(tài)王軟件功能分析

　　本系統(tǒng)上位機(jī)采用了組態(tài)王6.0x,該軟件操作方便,結(jié)構(gòu)清晰,易于上手。而且采用了多線(xiàn)程、COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

　　而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。該軟件把每一臺(tái)下位機(jī)看作是一臺(tái)外部設(shè)備，在編程過(guò)程中根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接功能。在運(yùn)行期間，組態(tài)王通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)/指令。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)COM對(duì)象，這種方式使通信程序和組態(tài)王軟件構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效運(yùn)行，也可擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模。
工業(yè)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件—組態(tài)王軟件系統(tǒng)與最終工程人員使用的具體的PLC或現(xiàn)場(chǎng)部件無(wú)關(guān)。 對(duì)于不同的硬件設(shè)施,只需為組態(tài)王配置相應(yīng)的通訊驅(qū)動(dòng)程序即可。組態(tài)王支持的硬件設(shè)備包括:可編程控制器(PLC) 、智能模塊、板卡、智能儀表、變頻器等等。工程人員可以把每一臺(tái)下位機(jī)看作一種設(shè)備,而不必關(guān)心具體的通訊協(xié)議，使用時(shí)只需要在組態(tài)王的設(shè)備庫(kù)中選擇設(shè)備的類(lèi)型完成安裝即可,使驅(qū)動(dòng)程序的配置更加方便。

4.1.2 組態(tài)王6.0x的構(gòu)成及建立新程序的過(guò)程

　　“KINGVIW6.0”軟件包由工程管理器、工程瀏覽器和畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVEW三部分組成。其中工程瀏覽器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，即組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。工程瀏覽器和畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)是各自獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用；兩者又相互依存，在工程瀏覽器的畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的畫(huà)面應(yīng)用程序必須在畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)中才能運(yùn)行。

　　工程管理器主要用于KINGVIEW工程的管理。

　　利用KINGVIW建立新程序的一般過(guò)程是：
1)設(shè)計(jì)圖形界面；2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)；3)建立動(dòng)畫(huà)連接；4)運(yùn)行和調(diào)試。

　　在用KINGVIEW畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序時(shí)要依照此過(guò)程考慮四個(gè)方面：

　　圖形。就是怎樣用抽象的圖像畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備。“KINGVIEW6.0”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶(hù)可以方便地建立畫(huà)面的圖形界面。用戶(hù)構(gòu)圖時(shí)可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對(duì)象完成畫(huà)面的生成，同時(shí)支持畫(huà)面之間的圖形對(duì)象拷貝，可重復(fù)使用以前的開(kāi)發(fā)結(jié)果。

　　數(shù)據(jù)。怎樣用數(shù)據(jù)來(lái)描述工控對(duì)象的各種屬性？也就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量反映了工控對(duì)象的各種屬性，數(shù)據(jù)庫(kù)是“KINGVIEW6.0”最核心的部分。在TOUCVEW運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上，同時(shí)操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶(hù)定義的變量。變量的集合形象地稱(chēng)為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶(hù)可使用 的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。

　　動(dòng)畫(huà)連接。所謂“動(dòng)畫(huà)連接”就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫(huà)面上以圖形對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果表示出來(lái)；或者由軟件使用者通過(guò)圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值。這樣，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)當(dāng)它們變化時(shí)，先通過(guò)I/O借口，引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中變量的變化再通過(guò)“動(dòng)畫(huà)”在畫(huà)面上反映出來(lái)。

　　硬件接口。KINGVIEW軟件系統(tǒng)與最終用戶(hù)使用的具體的現(xiàn)場(chǎng)部件無(wú)關(guān)。對(duì)于不同的硬件設(shè)施，只需為組態(tài)王配置相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)即可。

4.1.3系統(tǒng)組態(tài)界面的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)電機(jī)的負(fù)載變化，試驗(yàn)又分負(fù)載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)等，在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于時(shí)間有限，系統(tǒng)組態(tài)界面設(shè)計(jì)過(guò)程中主要設(shè)計(jì)了負(fù)載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)和對(duì)應(yīng)參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面。以下以建立主畫(huà)面為例，講述界面設(shè)計(jì)的過(guò)程。

　　打開(kāi)組態(tài)界面，新建工程，工程名為電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)（主畫(huà)面）。
具體步驟如下：
　　1)在工程管理器中選擇菜單“文件/新建工程”，或者點(diǎn)擊工具欄的“新建”按鈕，出現(xiàn)“新建工程向?qū)е弧睂?duì)話(huà)框。
　　2)單擊“下一步”按鈕，彈出“新建工程向?qū)е睂?duì)話(huà)框。
　　3)單擊“瀏覽”按鈕，選擇所要新建的工程存儲(chǔ)的路徑。
　　4)單擊“下一步”按鈕，彈出“新建工程向?qū)е睂?duì)話(huà)框：
　　　　在對(duì)話(huà)框中輸入工程名稱(chēng)：“電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)”
　　　　在工程描述中輸入：“測(cè)試電機(jī)的性能”
　　　　單擊“完成”。
　　5)彈出對(duì)話(huà)框，選擇“是”按鈕，將新建工程設(shè)為組態(tài)王當(dāng)前工程。
　　6)在菜單項(xiàng)中選擇“工具/切換到開(kāi)發(fā)系統(tǒng)”，直接打開(kāi)組態(tài)王工程瀏覽器，則進(jìn)入工程瀏覽器畫(huà)面，此時(shí)組態(tài)王自動(dòng)生成初始的數(shù)據(jù)文件。
　　7)在工程瀏覽器中左側(cè)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)中選擇“畫(huà)面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”。
　　工程瀏覽器將彈出“新畫(huà)面”對(duì)話(huà)框，然后在新畫(huà)面中首先進(jìn)行頁(yè)面設(shè)置，如畫(huà)面位置、畫(huà)面風(fēng)格等。

　　畫(huà)面中要新建的圖素主要以主回路為依據(jù)，以新建電壓互感器為例：
　　按F2鍵打開(kāi)圖庫(kù)管理器，選擇你所要的圖素—電壓互感器（若無(wú)，用戶(hù)可以自己根據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建新的圖素），在工程畫(huà)面上單擊鼠標(biāo)，出現(xiàn)電壓互感器，然后調(diào)整大小并放到適當(dāng)?shù)奈恢眉纯伞?BR>　　空載試驗(yàn)界面如圖4.1所示：




　　負(fù)載試驗(yàn)組態(tài)界面如圖4.2所示：




　　實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)如下圖4.3所示：




　　在本系統(tǒng)中，由于被測(cè)電機(jī)的容量可在一個(gè)較大范圍內(nèi)改變，測(cè)試的內(nèi)容也有空載和負(fù)載之分，因此電機(jī)的電流變化的范圍很大，從幾安培到幾十安培甚至上千安培。考慮到工作方式為自動(dòng)/手動(dòng)兩種方式。并且手動(dòng)方式中由于用戶(hù)的需要仍要求采用指針式儀表讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此保證在大范圍內(nèi)都能精確讀取電流值是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。在本系統(tǒng)中，電流仍通過(guò)電流互感器來(lái)測(cè)量。考慮到電流的變化范圍必須要用到多組電流互感器。在本文中有代表性的選用了兩組電流互感器，它們分別為5/5、30/5兩種。如圖4.1中紅線(xiàn)框所示，方便起見(jiàn)，見(jiàn)下圖4.4所示：




　　其中TA1與TA2為不同量程的電流互感器，通過(guò)QF2、KM1和KM2之間的切換，可選擇不同量程的電流互感器接入。可以通過(guò)電流繼電器作相應(yīng)的切換，從而選擇出對(duì)應(yīng)的被測(cè)電流。由于電流互感器測(cè)量時(shí)次級(jí)是不允許開(kāi)路的，所以在進(jìn)行電流換檔時(shí)，要求將要換去的電流互感器，先短路原邊測(cè)量線(xiàn)圈，然后再斷開(kāi)副邊線(xiàn)圈。而要換上的電流互感器則先接通副邊線(xiàn)圈后斷開(kāi)原邊線(xiàn)圈。
在以上空載和負(fù)載組態(tài)控制畫(huà)面上，操作人員可直接點(diǎn)擊畫(huà)面上的控制按鈕，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。
4.2 下位機(jī)的設(shè)計(jì)

4.2.1三菱FX2N型PLC的性能特點(diǎn)

　　在本系統(tǒng)中采用了三菱系列PLC，三菱系列PLC 是三菱公司比較重要的產(chǎn)品,它運(yùn)行速度快、控制可靠、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，而且采用模塊組件，用戶(hù)可根據(jù)控制需要，靈活地購(gòu)買(mǎi)各種模塊，避免了控制點(diǎn)數(shù)的浪費(fèi)，因此在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　三菱FX2N型PLC的性能特點(diǎn)：

　　(1)可靠性高 I/O均采用光電耦合, 二次電路設(shè)有C - R 濾波器, 防止混入輸入接點(diǎn)的振動(dòng)噪聲和輸入線(xiàn)的噪聲引起誤動(dòng)作, 具有很強(qiáng)的抗干擾能力, 能用于較惡劣的環(huán)境。
　　(2)抗干擾性好　采用模塊結(jié)構(gòu)和軟件控制,省去硬件開(kāi)發(fā)工作,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。
　　(3)通用性好, 使用方便、靈活。　在不改變硬件的情況下, 修改PLC內(nèi)部軟件可實(shí)現(xiàn)不同的控制要求, 大大減少調(diào)試的工作量, 提高工作效率,使系統(tǒng)的柔性大大提高。
　　(4)增加RS —232BD 接口板, 方便地實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通信。

4.2.2 PLC的I/O輸入輸出配置

　　根據(jù)系統(tǒng)控制要求PLC輸入輸出變量定義如表4.1所示：




　　由變量名定義可知，輸入點(diǎn)數(shù)為5，輸出點(diǎn)數(shù)為8，選用PLC型號(hào)為FX2N-48MR。由于實(shí)驗(yàn)室條件以及時(shí)間的限制，只是做了一小部分的變量定義。其實(shí)在實(shí)際控制過(guò)程中還需更多的變量定義，在此不一一列舉。

　　輸入輸出配置如圖4.5所示：




4.2.3 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　PLC控制的對(duì)象主要為兩側(cè)的調(diào)壓控制（包括穩(wěn)壓控制）、變頻機(jī)組頻率控制（包括穩(wěn)頻控制）和其它勵(lì)磁控制。
　　要實(shí)現(xiàn)電壓可調(diào)，可通過(guò)PLC及其繼電器控制線(xiàn)圈觸頭平滑移動(dòng)來(lái)控制。
　　同時(shí)由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及其機(jī)械因素的影響，必須要有穩(wěn)壓措施。
　　要實(shí)現(xiàn)頻率平滑可調(diào)，可用PLC均勻改變變頻機(jī)組的勵(lì)磁，實(shí)質(zhì)是改變變頻機(jī)組的電流。
　　基本控制框圖如圖4.6所示：




　　圖6中只說(shuō)明了控制的對(duì)象以及控制的結(jié)構(gòu)，由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，沒(méi)有進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，對(duì)PLC控制設(shè)備沒(méi)有清晰的輪廓，所以并沒(méi)有繪出實(shí)際的控制電路。但是在下面4.2.4小節(jié)中作者根據(jù)電機(jī)試驗(yàn)的方法，大膽地設(shè)計(jì)了PLC對(duì)主回路系統(tǒng)的控制流程圖。

4.2.4 PLC控制流程框圖

　　本系統(tǒng)所要完成的是高壓電機(jī)的試驗(yàn), 電機(jī)試驗(yàn)的項(xiàng)目分為多種,在此考慮負(fù)載和空載試驗(yàn)。其實(shí),空載試驗(yàn)是負(fù)載試驗(yàn)的一個(gè)特例,考慮情況特殊,進(jìn)行分別試驗(yàn)。

1.空載試驗(yàn)

　　空載試驗(yàn),就是沒(méi)有負(fù)載,在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中相當(dāng)于把負(fù)載側(cè)電機(jī)去掉,剩下被試側(cè)線(xiàn)路,之后可以進(jìn)行空載試驗(yàn)。
　　其對(duì)應(yīng)的軟件流程圖如圖4.7所示：





2、負(fù)載試驗(yàn)

　　負(fù)載試驗(yàn)必須保證變頻機(jī)組的頻率在規(guī)定范圍8～50Hz內(nèi)變化，其對(duì)應(yīng)的軟件流程圖如圖4.8所示：




　　梯形圖程序見(jiàn)附錄1

4.3 高壓保護(hù)設(shè)計(jì)

　　電機(jī)試驗(yàn)必須要求有嚴(yán)格的保護(hù)措施再加上本系統(tǒng)在高壓電下進(jìn)行試驗(yàn)，保護(hù)問(wèn)題變的更加復(fù)雜。考慮到試驗(yàn)系統(tǒng)的特殊性以及被試樣機(jī)可能存在故障,必須設(shè)置較嚴(yán)格的保護(hù)措施。在設(shè)備硬件常規(guī)保護(hù)（例如被試側(cè)和負(fù)載側(cè)的斷路器、高壓隔離開(kāi)關(guān)等）的基礎(chǔ)上,采用軟件設(shè)置靈活的保護(hù)系統(tǒng),以適應(yīng)被試樣機(jī)規(guī)格、功率大小不一的特點(diǎn)和適時(shí)監(jiān)控的需要。實(shí)現(xiàn)電氣保護(hù)及自動(dòng)檢查。在組態(tài)王編制可設(shè)置界面,有電壓、電流、功率指示及電源通斷控制及顯示,并且設(shè)置故障預(yù)警及警報(bào),實(shí)現(xiàn)較完善的保護(hù)功能包括:過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)轉(zhuǎn)矩保護(hù)等等。

　　例如，在負(fù)載試驗(yàn)組態(tài)界面上，設(shè)置了過(guò)電壓報(bào)警和過(guò)載報(bào)警。如圖4.9所示：

　　通過(guò)查找電機(jī)允許通過(guò)的上限電壓，在組態(tài)界面上設(shè)置了過(guò)電壓報(bào)警；當(dāng)頻率下調(diào)時(shí)，被試電機(jī)可能過(guò)載，通過(guò)設(shè)置過(guò)載報(bào)警保證線(xiàn)路的安全。其實(shí)在實(shí)際電機(jī)測(cè)試過(guò)程中，還要考慮更多方面的保護(hù)。

4.4 上位機(jī)和下位機(jī)的通訊

4.4.1 PLC和組態(tài)王的通訊簡(jiǎn)介

　　組態(tài)王與PLC之間通信采用的是PPI通訊協(xié)議。組態(tài)王通過(guò)串行口與PLC 進(jìn)行通信,訪(fǎng)問(wèn)PLC相關(guān)的寄存器地址,以獲得PLC 所控制設(shè)備的狀態(tài)或修改相關(guān)寄存器的值。在實(shí)際編程過(guò)程不需要編寫(xiě)讀寫(xiě)PLC寄存器的程序,組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法,在定義了IPO 變量后,可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警顯示。

　　上位機(jī)和下位機(jī)通訊原理圖如圖4.10所示：

4.4.2 通訊的實(shí)現(xiàn)步驟

　　PLC與上位計(jì)算機(jī)的通訊可以利用高級(jí)語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn),但是用戶(hù)必須熟悉互連的PLC及PLC 網(wǎng)絡(luò)采用的通訊協(xié)議,嚴(yán)格的按照通訊協(xié)議規(guī)定為計(jì)算機(jī)編寫(xiě)通訊程序,其對(duì)用戶(hù)要求較高,而采用工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通訊則相對(duì)簡(jiǎn)單,因?yàn)楣た亟M態(tài)軟件中一般都提供了相關(guān)設(shè)備的通訊驅(qū)動(dòng)程序,例如三菱系列PLC與工控組態(tài)王軟件“組態(tài)王 6.0x”之間可進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通訊。

　　下面介紹組態(tài)王6.0與FX2N PLC 之間通訊的實(shí)現(xiàn)步驟。

　　PLC采用RS-485或RS-232進(jìn)行通訊,占用計(jì)算機(jī)的一個(gè)串行口。在不添加擴(kuò)展卡的情況下可以使用編程口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。

第一、設(shè)備連接:

　　利用PLC 與計(jì)算機(jī)專(zhuān)用的F2 - 232CAB 型RS232C 電纜,將PLC 通過(guò)編程口與上位計(jì)算機(jī)串口(COM 口) 連接,進(jìn)行串行通訊。串行通訊方式使用“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口,I/O設(shè)備通過(guò)RS-232串行通訊電纜連接到“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口。在本系統(tǒng)通訊中操作如下：

　　1)在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選中“COM1”，在右側(cè)雙擊“新建”，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А薄?BR>　　2)選擇“PLC”下的 “三菱”中“FX2”的“編程口”項(xiàng)，單擊“下一步”;
為外部設(shè)備取一個(gè)名稱(chēng)，輸入PLC，單擊“下一步”；
　　3)為設(shè)備選擇連接串口，設(shè)為COM1，單擊“下一步”；
　　4)填寫(xiě)設(shè)備地址，設(shè)為0，單擊“下一步”；
(注：在實(shí)際連接設(shè)備時(shí)，地址的設(shè)置要和在設(shè)備上配置的地址要一致。)
　　5)設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)（一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可），單擊“下一步”；
　　6)檢查各項(xiàng)設(shè)置，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“完成”。

第二、設(shè)備配置:

　　在組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū),點(diǎn)擊“設(shè)備”大綱項(xiàng)下PLC 與上位計(jì)算機(jī)所連串口(COM1 口) ,進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

　　然后在組態(tài)王瀏覽器目錄內(nèi)容顯示區(qū)內(nèi)雙擊所設(shè)COM1 口對(duì)應(yīng)的“新建”圖標(biāo),會(huì)彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話(huà)框。在此對(duì)話(huà)框中完成與組態(tài)王通訊的設(shè)備的設(shè)置。

第三、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)

　　定義變量如表4.2所示：

第四、建立動(dòng)畫(huà)連接

　　所謂“動(dòng)畫(huà)連接”就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　1.在上表中建立I/O變量后，就必須建立畫(huà)面圖素與數(shù)據(jù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

例如:(1)定義界面上的“開(kāi)始”按扭

　　在畫(huà)面上雙擊該按扭，彈出該對(duì)象的動(dòng)畫(huà)連接對(duì)話(huà)框。

　　選擇“命令語(yǔ)言連接”下的“彈起”選項(xiàng)，在命令語(yǔ)言中，鍵入本站點(diǎn)\\開(kāi)始=1則代表假如在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，單擊該按扭，系統(tǒng)才能響應(yīng)并且工作。

　　(2)定義界面上的負(fù)載側(cè)的電壓輸出

　　在畫(huà)面上雙擊電壓輸出對(duì)應(yīng)的文本框，彈出該對(duì)象的動(dòng)畫(huà)連接對(duì)話(huà)框。選擇“值輸出”下的“模擬值輸出”選項(xiàng)，然后鍵入表達(dá)式 \\本站點(diǎn)\\增壓132這樣就定義好了該圖素的動(dòng)畫(huà)連接。

　　其它圖素的定義與上面兩個(gè)例子相似，但必須圖素與變量相對(duì)應(yīng)。

2.命令語(yǔ)言：

if(增大調(diào)壓器2==1&&增壓132<10) 負(fù)載側(cè)調(diào)壓器M2調(diào)壓至額定值；
{
增壓132=增壓132+1;
if(增壓132==10)
{
增大調(diào)壓器2=0;
\\本站點(diǎn)\m232=1;
}
else
\\本站點(diǎn)\m232=0;
}

if(\\本站點(diǎn)\增大頻率==1&&增頻率142<50) 變頻機(jī)組調(diào)頻至50HZ；
{
增頻率142=增頻率142+1;
if(增頻率142==50)
{
\\本站點(diǎn)\增大頻率=0;
\\本站點(diǎn)\m242=1;
}
else
\\本站點(diǎn)\m242=0;
}

if(\\本站點(diǎn)\增大調(diào)壓器1==1&&增壓131<10) 被試側(cè)調(diào)壓器調(diào)壓至額定值；
{
增壓131=增壓131+1;
if(增壓131==10)
{
\\本站點(diǎn)\增大調(diào)壓器1=0;
\\本站點(diǎn)\m231=1;
}
else
\\本站點(diǎn)\m231=0;
}

if(\\本站點(diǎn)\減小頻率==1&&增頻率142>8) 變頻機(jī)組往下調(diào)節(jié)頻率；
{
增頻率142=增頻率142-1;
if(增頻率142==8)
{
\\本站點(diǎn)\減小頻率=0;
\\本站點(diǎn)\m241=1;
}
else
\\本站點(diǎn)\m241=0;
}

if(\\本站點(diǎn)\結(jié)束==1&&\\本站點(diǎn)\高壓2==0)
增壓131=0;
if(\\本站點(diǎn)\結(jié)束==1&&\\本站點(diǎn)\高壓1==0)
{
增壓132=0; 電壓清零；
增頻率142=0; 頻率返回到初始值；
}

if(\\本站點(diǎn)\高壓2==1&& 旋轉(zhuǎn)2<360) 負(fù)載側(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；
旋轉(zhuǎn)2= 旋轉(zhuǎn)2+30;
else
旋轉(zhuǎn)2=0;
if(\\本站點(diǎn)\高壓1==1&& 旋轉(zhuǎn)1<360) 被試側(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；
旋轉(zhuǎn)1= 旋轉(zhuǎn)1+60;
else
旋轉(zhuǎn)1=0;

if(\\本站點(diǎn)\高壓2==1&&\\本站點(diǎn)\電流互感器高==0)
\\本站點(diǎn)\電流互感器低=1;
if(增頻率142==35&&減小頻率==1)
{
\\本站點(diǎn)\電流互感器低=0;
\\本站點(diǎn)\電流互感器高=1;
}
if(\\本站點(diǎn)\高壓2==0)
{
\\本站點(diǎn)\電流互感器高=0;
\\本站點(diǎn)\電流互感器低=0;
}


第五、系統(tǒng)運(yùn)行

　　啟動(dòng)組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVEW； 運(yùn)行電機(jī)智能系統(tǒng)的控制。在寫(xiě)入PLC程序后，將PLC 開(kāi)關(guān)指向“RUN”狀態(tài),按下“開(kāi)始”按鈕,觀察負(fù)載試驗(yàn)和空載試驗(yàn)的控制結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)運(yùn)行正常,動(dòng)畫(huà)效果良好。

4.4.3組態(tài)界面中系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能描述

　　參照組態(tài)界面圖，先把空載和負(fù)載對(duì)應(yīng)的PLC程序?qū)懭隤LC內(nèi)存中，在完成一次演示后，必須先清除PLC中的內(nèi)存后寫(xiě)入程序。
空載試驗(yàn)時(shí)，點(diǎn)擊“開(kāi)始試驗(yàn)”按扭，先在被試側(cè)檢測(cè)有無(wú)高低壓信號(hào)，如無(wú)，則低壓側(cè)開(kāi)關(guān)KM1閉合，延時(shí)5秒，高壓側(cè)開(kāi)關(guān)KM3閉合，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在本空載試驗(yàn)中，電流互感器的量程切換在負(fù)載試驗(yàn)中體現(xiàn)，然后再延時(shí)5秒，調(diào)壓器開(kāi)始調(diào)節(jié)，調(diào)至被試側(cè)電機(jī)額定電壓10KV時(shí)，調(diào)壓停止，測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)始試驗(yàn)，試驗(yàn)完后，先關(guān)高壓開(kāi)關(guān)KM3，再關(guān)低壓開(kāi)關(guān)KM1，試驗(yàn)結(jié)束。

　　負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，點(diǎn)擊“開(kāi)始”按扭，和空載一樣，先在被試側(cè)檢查有無(wú)高低壓信號(hào)，如無(wú)，低壓開(kāi)關(guān)KM2閉合，延時(shí)5秒高壓開(kāi)關(guān)KM4閉合，電流互感器先打到高量程30/5檔，負(fù)載側(cè)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，其實(shí)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)控制過(guò)程中，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集電流信號(hào)來(lái)選擇合適的量程分檔，在此只作示意。延時(shí)5秒，開(kāi)始調(diào)節(jié)變壓器，電壓從0～10KV時(shí)，調(diào)壓器關(guān)閉，延時(shí)5秒，頻率開(kāi)始從“6”開(kāi)始調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)頻率至35HZ時(shí)，電流互感器切換到低檔5/5，等到頻率調(diào)至50HZ后，延時(shí)5秒，被試側(cè)低壓開(kāi)關(guān)KM1閉合，延時(shí)5秒，高壓開(kāi)關(guān)KM3閉合，被試電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，再延時(shí)5秒，被試側(cè)調(diào)壓器開(kāi)始調(diào)壓，等到調(diào)至10KV后，延時(shí)5秒，負(fù)載側(cè)頻率開(kāi)始從50HZ往下調(diào)節(jié)，在判斷頻率滿(mǎn)足要求后，測(cè)量系統(tǒng)啟動(dòng)，在35HZ下，電流互感器又切換到低檔，等到調(diào)至8時(shí)，延時(shí)5秒后，依次打開(kāi)被試側(cè)高壓開(kāi)關(guān)KM3→負(fù)載側(cè)高壓開(kāi)關(guān)KM4→被試側(cè)低壓開(kāi)關(guān)KM1→負(fù)載側(cè)低壓開(kāi)關(guān)KM2，電流互感器開(kāi)關(guān)KM5、KM6也同時(shí)打開(kāi)。如在5秒內(nèi)按“結(jié)束”按扭，將手動(dòng)結(jié)束控制。同時(shí)，也可切換到實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，觀察各個(gè)參數(shù)的變化趨勢(shì)。
5.1測(cè)量系統(tǒng)的組成

　　測(cè)量系統(tǒng)中被試電機(jī)側(cè)的電參數(shù)、負(fù)載電機(jī)側(cè)的電參數(shù)和變頻機(jī)組的頻率都必須傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，在組態(tài)界面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控。

　　上面那些參數(shù)首先必須通過(guò)傳感器和互感器測(cè)量，如主回路中用到的電壓互感器用于測(cè)量電壓，電流互感器用于測(cè)量電流。把測(cè)得的數(shù)據(jù)必須傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。而且有些參數(shù)如溫度等必須通過(guò)傳感器測(cè)量。

　　基于上面的考慮設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的基本框圖如圖5.1所示：

5.2 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)原理和組成

　　信號(hào)采集系統(tǒng)如下圖5.2所示，它由傳感器 、信號(hào)處理電路、A/D板、扭矩儀、工控機(jī)等組成。被試電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載電機(jī)，被試電機(jī)與負(fù)載電機(jī)之間接有轉(zhuǎn)速傳感器以測(cè)試在不同的施加負(fù)載下電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率。3只電流傳感器用于檢測(cè)三相電流；3只電壓傳感器用于檢測(cè)電機(jī)的有功功率；一只三相無(wú)功功率傳感器用于檢測(cè)電機(jī)的無(wú)功功率。還設(shè)置了溫度傳感器用于檢測(cè)電機(jī)溫升。模擬信號(hào)又信號(hào)處理電路處理后，分兩路，一路送數(shù)字儀表顯示，另一路又A/D板采集后送工控機(jī)進(jìn)行處理和組態(tài)監(jiān)控。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)信號(hào)由微機(jī)扭矩儀顯示并通過(guò)RS-485串口送至工控機(jī)。信號(hào)采集處理由傳感器、信號(hào)處理電路、A/D板、扭矩儀、工控機(jī)共同完成。值得說(shuō)明的是，功率因數(shù)、電機(jī)的輸出功率、電機(jī)效率不是直接測(cè)量出來(lái)的，而是通過(guò)以上參數(shù)運(yùn)算間接獲得。

　　以下對(duì)上述框圖中主要硬件模塊的作用分別予以簡(jiǎn)要介紹。

　　A/D采集卡　A/D采集采用AC1820 高速數(shù)據(jù)采集卡。該卡提供16路單端輸入12位A/D轉(zhuǎn)換,A/D 轉(zhuǎn)換速度最快可達(dá)800kHz。該卡采用板上RAM 存儲(chǔ)方式,板上RAM 為128K字,可以脫機(jī)采樣,適合WINDOWS系統(tǒng)的應(yīng)用。該卡的以上特點(diǎn)完全能夠滿(mǎn)足高壓電機(jī)試驗(yàn)的各項(xiàng)要求。
信號(hào)處理電路　它的作用是將各傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成為0～±5V的電壓,以便A/D采集卡采集和計(jì)數(shù)。同時(shí),也為A/D采集卡提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。

　　本文設(shè)計(jì)中采用青島青智公司的數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x（自帶RS-485接口）測(cè)量，它能夠替代圖5.2虛線(xiàn)框中的模塊。

　　它的型號(hào)為8901F～8905F。它的工作原理：被測(cè)量的電壓、電流信號(hào)首先變換成較小的電壓信號(hào)，送到高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，使之轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字量。單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算處理，并將最終計(jì)算的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來(lái)，或通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)，或以串行通訊形式將數(shù)據(jù)傳送給其他設(shè)備。

　　與傳統(tǒng)指針式儀表相比，數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.所測(cè)信號(hào)數(shù)值為真有效值；
2.直接數(shù)字顯示，無(wú)讀數(shù)誤差；
3.對(duì)于波形失真的信號(hào)同樣適用；
4.用一臺(tái)儀器可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)。


　　扭矩儀采用蘭光NJY-20扭矩儀，結(jié)構(gòu)原理如下：
　　將待測(cè)產(chǎn)品固定在NJY測(cè)試儀的夾具上，該夾具與一個(gè)高精度的扭矩傳感器緊密連接，通過(guò)操作者手旋瓶蓋，傳感器將手旋扭矩轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，后由單片機(jī)接收并分析處理，最后出具試驗(yàn)結(jié)果。
　　電參數(shù)測(cè)量?jī)x與工控機(jī)的硬件連接如圖5.3所示：

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般工控機(jī)的串行口有3個(gè)，兩個(gè)RS-485和1個(gè)RS-232。如系統(tǒng)用于實(shí)際試驗(yàn)中時(shí)，若串行口不夠，可考慮擴(kuò)展。順便提一下，電參數(shù)測(cè)量?jī)x與上位機(jī)的通訊還要有軟件設(shè)計(jì)（如通訊協(xié)議等）。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，所以在通訊方面，主要實(shí)現(xiàn)了PLC與上位機(jī)的通訊。

5.3 電流互感器和電壓互感器的選擇

5.3.1 電流互感器的選擇

1)電流互感器的選擇原則

　　保護(hù)用電流互感器的性能應(yīng)滿(mǎn)足繼電保護(hù)正確動(dòng)作的要求。首先應(yīng)保證在穩(wěn)態(tài)對(duì)稱(chēng)短路電流下的誤差不超過(guò)規(guī)定值。對(duì)于短路電流非周期分量和互感器剩磁等的暫態(tài)影響，應(yīng)根據(jù)互感器所在系統(tǒng)暫態(tài)問(wèn)題的嚴(yán)重程度、所接保護(hù)裝置的特性、暫態(tài)飽和可能引起的后果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素，予以合理考慮。如保護(hù)裝置具有減緩電流互感器飽和影響的功能，則可按照保護(hù)裝置的要求選用適當(dāng)?shù)幕ジ衅鳌?BR>
　　在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)在進(jìn)行空載和負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，由于被測(cè)電機(jī)的容量和負(fù)載可在一個(gè)較大范圍內(nèi)改變，因此電機(jī)的電流變化的范圍很大，從幾安培到幾十安培甚至幾千安培。這給電流測(cè)量帶來(lái)了精度和量程選擇的問(wèn)題。當(dāng)然，電流的測(cè)量一般選用電流互感器，在本系統(tǒng)中，電流仍通過(guò)電流互感器來(lái)測(cè)量。

　　電流互感器是按電磁感應(yīng)原理工作的，主要由鐵心、一次繞組和二次繞組等幾個(gè)部分組成，電流互感器的一次繞組匝數(shù)很少，使用時(shí)一次繞組串聯(lián)在被測(cè)線(xiàn)路里。而二次繞組匝數(shù)較多，與測(cè)量?jī)x表和繼電器等電流線(xiàn)圈串聯(lián)使用。

　　按額定變流比選擇（一、二次額定電流之比），其中一次電流是按長(zhǎng)期運(yùn)行能滿(mǎn)足允許發(fā)熱條件確定的。我國(guó)國(guó)家GB1202-97《電流互感器》中額定一次電流標(biāo)準(zhǔn)值。已對(duì)一次額定電流規(guī)定了系列化標(biāo)準(zhǔn)。有從1A至25000A等不同規(guī)格的電流互感器可供選擇。

　　考慮到電流的變化范圍必須要用到多組電流互感器。在本文中有代表性的選用了兩組電流互感器，變流比分別為5/5、30/5，等級(jí)精度均為0.2。在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況會(huì)用到更多的電流互感器。

5.3.2 電壓互感器的選擇

　　電壓互感器按其工作原理可以分為電磁感應(yīng)原理可以分為電磁感應(yīng)原理和電容分壓原理兩類(lèi)。常用的電壓互感器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，它的基本構(gòu)造與普通變壓器相同，主要由鐵心、一次繞組、二次繞組組成。它一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組匝數(shù)較少，使用一次繞組與被測(cè)量電路并聯(lián)，二次繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器等電壓線(xiàn)圈并聯(lián)。

　　在系統(tǒng)中選用JSJW-10型電壓互感器，它為三相三繞組五鐵心柱式油浸電壓互感器，額定電壓為10KV，供測(cè)量電壓、電能、功率、繼電保護(hù)、功率因數(shù)及絕緣監(jiān)督使用。
6.1 展望

　　由于時(shí)間和條件的限制，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很多方面需要改進(jìn)：

　　1)在PLC和組態(tài)王通訊過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和條件的限制，在通訊方式上只能采用RS-232通訊，但是如果在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)通訊中可以考慮采用RS-485接口。

　　2)在本系統(tǒng)中，PLC與上位機(jī)的通訊固然重要，但是電機(jī)測(cè)量的有些參數(shù)必須通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，但是怎樣能在組態(tài)界面上顯示出來(lái)，是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。在系統(tǒng)組態(tài)界面上，電流、轉(zhuǎn)速等沒(méi)有顯示，考慮通過(guò)板卡傳輸過(guò)來(lái)，首先把板卡插到工控機(jī)的主板上，與外部智能儀表相連，并且在組態(tài)王工程瀏覽器中新建板卡，并且選擇對(duì)應(yīng)智能儀表的型號(hào)，這樣數(shù)據(jù)就可上傳。方便組態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　3)在此課題設(shè)計(jì)中，由于時(shí)間及條件的限制，只完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分，在電機(jī)實(shí)際測(cè)試中，還必須要有對(duì)電機(jī)性能的評(píng)判，這就需要用到電機(jī)測(cè)試專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)性能進(jìn)行診斷。專(zhuān)家系統(tǒng)包括知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。

　　4)在實(shí)際試驗(yàn)中，要實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的工作狀態(tài)，可采用VB6.0實(shí)現(xiàn)組態(tài)王軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控可編程控制器PLC。一般采取的方法是：利用Visual Basic提供的串行通訊功能,實(shí)現(xiàn)與可編程控制器PLC之間的通訊,再利用VB的DDE功能完成組態(tài)王與Visual Basic之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。 這樣就把從可編程控制器PLC采集到的外部信號(hào)通過(guò)Visual Basic 間接動(dòng)態(tài)地顯示在組態(tài)王界面上。結(jié)構(gòu)框圖如下：

　　數(shù)字信號(hào)處理、系統(tǒng)辨識(shí)、專(zhuān)家系統(tǒng)是以后電機(jī)測(cè)試的發(fā)展方向，隨著電機(jī)種類(lèi)的變多，功能增多、加強(qiáng)，對(duì)電機(jī)的測(cè)試要求也越來(lái)越高，而這些分析方法對(duì)電機(jī)的狀態(tài)有深入的分析，獲取的信息大大增加，能夠發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法所不能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

　　我國(guó)的電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的研制會(huì)慢慢走向成熟，對(duì)高壓電機(jī)、微特電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試將更加智能化、自動(dòng)化。

6.2 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)利用低壓機(jī)組成功實(shí)現(xiàn)了10kV高電壓電機(jī)的負(fù)載試驗(yàn)，由于時(shí)間和條件限制，雖然沒(méi)有在實(shí)際中得到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，但是，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)完整，包括軟件和硬件，構(gòu)成了一個(gè)智能測(cè)試系統(tǒng)。工控機(jī)作為上位機(jī)，提供了良好的人機(jī)界面,進(jìn)行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理, PLC作為下位機(jī)執(zhí)行可靠有效的分散控制, 并且成功的實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王和三菱PLC之間的正常通訊，按照我們?cè)O(shè)計(jì)的空載和負(fù)載軟件流程圖在組態(tài)界面上模擬了PLC對(duì)主回路的控制，動(dòng)畫(huà)效果和順序控制良好。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論從硬件選擇和軟件編程方面，都出現(xiàn)了或多或少的問(wèn)題，主要源于工程經(jīng)驗(yàn)不足，考慮問(wèn)題不周全，加之工作現(xiàn)場(chǎng)條件有限，可供參考的文獻(xiàn)資料缺乏。經(jīng)過(guò)反復(fù)修復(fù)和調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的目的，基本上完成了所選課題的任務(wù)。
在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，理論和實(shí)踐兩方面的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力都得到了鍛煉和提高。由于時(shí)間和作者水平的有限，論文中必然存在不足之處，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。