一種電能表用負荷開關高加速試驗失效平臺及測試方法與流程
2024-04-03 21:43:05
本發明涉及電能表測試領域，特別是一種電能表用負荷開關高加速試驗失效平臺。
背景技術：
電能作為重要的能源之一，已廣泛用到社會生產的各個領域和社會生活的各個方面。現代化的建設、國民經濟的發展和人民生活質量的提高與電力的建設和發展息息相關，隨著電能的用途越來越廣，用電的安全也變得越來越重要，因此作為電網重要組成部分的負荷開關的質量問題直接關係到整個電網的安全，直接關係到人民日常的生活用電問題，原有的設備採用老式的控制技術，只能對負荷開關比較明顯的失效進行測試，且對產品的通用型支持比較差，因此滿足不了負荷開關高加速試驗平臺的測試要求。
因此，需要一種電能表用負荷開關高加速試驗失效平臺。
技術實現要素：
本發明的目的是提出一種電能表用負荷開關高加速失效平臺；該測試平臺利用了程控恆壓源和電氣自動化控制技術。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
本發明提供的電能表用負荷開關高加速失效平臺，包括主控裝置、顯示裝置、機械裝置、報警裝置；
所述主控裝置包括工控機、PLC控制器、程控恆壓電源和電器元件；所述工控機用於處理和控制數據；
所述PLC控制器用於接收和處理工控機對電器元件進行操作的數據；
所述顯示裝置包括顯示器和印表機，用於輸入參數和顯示結果信息；
所述機械裝置包括氣缸和控制機構，所述控制機構與工控機連接；所述控制機構與氣缸連接用於提供負荷開關的合閘分閘動作；
所述報警裝置用於輸出系統故障和測試結果的提示信息。
進一步，所述程控恆壓電源包括供電模塊、整流濾波模塊、PWM功率模塊、計算單元、檔位切換裝置、變壓器和電壓採集單元；
所述供電模塊輸出的交流電源經整流濾波模塊與PWM功率模塊連接；所述計算單元按照預設電壓驅動PWM功率模塊產生正弦波信號，所述正弦波經信號輸入到檔位切換裝置；所述檔位切換裝置與變壓器連接，所述變壓器輸出電壓供負載使用，所述檔位切換裝置與變壓器輸出端連接用於接收變壓器反饋的電壓信號；所述電壓信號傳遞至電壓採集單元，經AD轉換後輸入到計算單元，所述計算單元接收到反饋電壓信號並與電壓設定值進行PID計算生成調整值；所述調整值輸入到PWM功率模塊進行調整以適於PWM輸出電壓與設定值相等。
進一步，所述程控恆壓電源採用PI調節方式，具體步驟如下：
S11：設置調節參數，所述調節參數包括給定電壓、比例增益Kp、積分增益Ki和PI偏差最大極限；
S12：獲取反饋電壓信號；
S13：計算反饋電壓信號與給定電壓是否存在偏差值；
S14：判斷偏差值是否為恆定值，如果是，則保存調節量為恆定值；累加輸出調節量；
S15：如果偏差持續存在，則調節量持續增加，直到沒有偏差；
S16：計算輸出電壓和給定電壓的偏差量；
S17：判斷偏差量是否小於PI偏差最大極限值，如果小於，則停止調節；
S18：如果否，則返回步驟S12。
本發明還提供了一種電能表用負荷開關高加速失效測試方法，包括以下步驟：
S1：將待測產品固定到相對應的測試夾具工位並獲取通斷信號；
S2：設置氣缸測試的合閘分閘時間和測試次數；
S3：對氣缸進行合閘測試：判斷是否存在通斷信號，如果有通斷信號，則合閘正常；如果無通斷信號，則合閘故障；
S4：對氣缸進行分閘測試：判斷是否存在通斷信號，如果無通斷信號，則分閘正常；如果有通斷信號，則分閘故障；
S5：累加測試次數，如果合閘或者分閘有故障，則失效次數加1；如果測試次數達到設定的次數或者失效次數達到設定值，則測試結束，跳轉到步驟S6；如果兩樣測試次數都未達到設定值，則測試跳回S3步驟；
S6：測試結束，如果失效次數小於設定值，則測試合格，如果失效次數大於等於設定值，則測試不合格。
進一步，所述步驟S2中還包括設置相線信號和控制信號的給電時間以及各測試的測試次數；
進一步，所述合閘和分閘測試具體步驟如下：
S31：若待測產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號電壓從0到220v，在設定的時間內收到合閘信號則本次測試合格，如果未收到則本次測試不合格，跳轉到S32；
S32：若待測產品處於合閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，進行合閘操作，如果收到合閘信號則合格，未收到則不合格，跳轉到S33；
S33：若待測產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，進行分閘操作，未收到合閘信號則合格，收到則不合格，跳轉到S34；
S34：若待測產品處於合閘狀態，相線信號220V，控制信號從220v跳變至0v，如果收到分閘信號則合格，未收到則不合格，跳轉到S5；
S35：若待測產品處於分閘狀態，相線信號220V，控制信號從220v跳變至0v，如果收到分閘信號則合格，未收到則不合格，跳轉到S36；
S36：若待測產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號為0V，進行合閘操作，如果未收到合閘信號為合格，收到則不合格，跳轉到S37；
S37：若待測產品處於合閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，在規定的時間內，相線信號從220v變到0v，然後返回220v，如果收到分閘信號則不合格，跳轉到s38；
S38：若待測產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，在規定的時間內，相線信號從220v變到0v，然後返回220v，如果收到合閘信號則不合格，跳轉到s39；
S39：若待測產品處於分閘狀態，相線信號和控制信號均無，待測產品如果保持分閘狀態，則跳轉到S310；
S310：若待測產品處於合閘狀態，相線信號和控制信號均無，待測產品如果保持合閘狀態，跳轉到S311；
S311：累加測試次數，如果測試次數達到設定次數，則測試結束；如果未達到設定次數，則跳回S31。
由於採用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：
本發明提供的基於機械/電器的電能表用負荷開關的高加速平臺，加速平臺包括主控裝置、顯示裝置、機械裝置、報警裝置。主控裝置的關鍵部分是工控機、PLC控制器、程控電壓源以及電器元件等組成，工控機作為主控的中心裝置提供控制和資料庫保存等功能，PLC控制器作為輸入輸出模塊，根據工控機的指令對外圍電氣元件進行操作，以達到自動控制的目的。程控電壓源為帶附件的負荷開關提供需要的電壓值。顯示裝置包括顯示器和印表機等裝置，主要提供人機交流交流，作為輸入參數和顯示結果的窗口。機械裝置採用氣缸加機構元件的方式，為整個結構提供最原始的機構動作，即模擬實現負荷開關的合閘分閘動作。報警裝置為系統故障和測試結果做出及時的提示，以便操作人員能及時的發現問題。
本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。
附圖說明
本發明的附圖說明如下。
圖1為本發明的系統組成圖。
圖2為程控恆壓電源原理示意圖。
圖3為斷路器手動和自動測試流程圖。
圖4為比例增益影響示意圖。
圖5為積分增益對系統影響示意圖。
圖6為偏差最大極限示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
如圖所示，本實施例提供的電能表用負荷開關高加速失效平臺，包括主控裝置、顯示裝置、機械裝置和報警裝置；
所述主控裝置包括工控機、PLC控制器、程控恆壓電源和電器元件；所述工控機用於處理和控制數據；
所述PLC控制器用於接收和處理工控機對電器元件進行操作的數據；
所述顯示裝置包括顯示器和印表機，用於輸入參數和顯示結果信息；
所述機械裝置包括氣缸、控制機構，所述控制機構與工控機連接；所述控制機構與氣缸連接用於提供負荷開關的合閘分閘動作；
所述報警裝置用於輸出系統故障和測試結果的提示信息。
如圖2所示，圖2為程控恆壓電源原理示意圖，所述程控恆壓電源包括供電模塊、整流濾波模塊、PWM功率模塊、計算單元、檔位切換裝置、變壓器、電壓採集單元和通訊模塊；
所述供電模塊輸出的交流電源經整流濾波模塊與PWM功率模塊連接；所述計算單元按照預設電壓驅動PWM功率模塊產生正弦波信號，所述正弦波經信號輸入到檔位切換裝置；所述檔位切換裝置與變壓器連接，所述變壓器輸出電壓供負載使用，所述檔位切換裝置與變壓器輸出端連接用於接收變壓器反饋的電壓信號；所述電壓信號傳遞至電壓採集單元，經AD轉換後輸入到計算單元，所述計算單元接收到反饋電壓信號並與電壓設定值進行PID計算生成調整值；所述調整值輸入到PWM功率模塊進行調整以適於PWM輸出電壓與設定值相等；達到輸出設定電壓的目的。本實施例的供電模塊即220V交流電源；所述計算單元中的預設電壓是通過觸控螢幕輸入的，所述觸控螢幕輸入的信號通過通訊模塊傳輸到計算單元。
如圖3所示，圖3為斷路器手動和自動測試流程圖，本實施例還提供了一種電能表用負荷開關高加速失效測試方法，包括以下步驟：
A手動斷路器測試過程：
S1：求把產品固定到相對應的測試夾具工位，並根據要求正確的連接好通斷信號線路。
S2：根據實驗要求設置好正確的參數，即氣缸測試的合閘分閘時間和測試次數。
S3：開始測試，如機械測試氣缸進行合閘，讀取反饋的通斷信號，如果通斷信號有，即合閘正常，如果通斷信號無則合閘故障。
S4：氣缸進行分閘，讀取反饋的通斷信號，如果通斷信號無，即分閘正常，如果通斷信號有則分閘故障。
S5：總完成次數加1，如果合閘或者分閘有故障，則失效次數加1，如果總完成次數達到設定的次數或者失效次數達到設定值，則測試結束，跳轉到S6，如果兩樣測試次數都未達到設定值，則測試跳回S3步驟。
S6：測試結束，如果失效次數小於設定值，則測試合格，如果失效次數大於等於設定值，則測試不合格。
B半/全自動斷路器測試過程：
S1：求把產品固定到相對應的測試夾具工位，並根據要求正確的連接好控制信號線以及反饋信號線路。
S2：根據實驗要求設置好正確的參數，即相線信號和控制信號的給電時間以及各測試的測試次數等。
S3：開始測試，產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號電壓從0到220v，在設定的時間內收到合閘信號則本次測試合格，如果未收到則本次測試不合格，跳轉到S4。
S4：產品處於合閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，能進行手動的合閘操作，能收到合閘信號則合格，未收到則不合格，跳轉到S5。
S5：產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，能進行手動的分閘操作，未收到合閘信號則合格，收到則不合格，跳轉到S6。
S6：產品處於合閘狀態，相線信號220V，控制信號從220v跳變至0v。收到分閘信號則合格，未收到則不合格，跳轉到S7。
S7：產品處於分閘狀態，相線信號220V，控制信號從220v跳變至0v。收到分閘信號則合格，未收到則不合格，跳轉到S8。
S8：產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號為0V，手動進行合閘操作，未收到合閘信號為合格，收到則不合格，跳轉到S9。
S9：產品處於合閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，在規定的時間內，相線信號從220v變到0v，然後返回220v，如果收到分閘信號則不合格，跳轉到s10。
S10：產品處於分閘狀態，相線信號為220v，控制信號為220v，在規定的時間內，相線信號從220v變到0v，然後返回220v，如果收到合閘信號則不合格，跳轉到s11。
S11：產品處於分閘狀態，相線信號和控制信號均無，產品能保持分閘狀態，跳轉到S12。
S12：產品處於合閘狀態，相線信號和控制信號均無，產品能保持合閘狀態，跳轉到S13。
S13：完成次數加1，如果達到設定次數則測試結束，如未達到設定次數則跳回S3。
實施例2
本實施例提供的電能表用負荷開關高加速平臺採用自動控制理念，採用上位機(工控機)結合下位機的方式，上位機用來參數輸入、數據保存、結果查看以及結果列印等，下位機(PLC+程控電壓源)控制電氣元件動作以及進行數據採集，結果判斷等。採用分塊的控制方式(顯示模塊+控制模塊+輸入出模塊)更有利於系統的穩定。外圍機構採用柔性的可擴展的結構，能更好的兼容多種產品並能檢測更多的失效情況，當分合閘手柄操作機構失效時，此時手柄操作結構不能正常的實現動、靜觸頭有效的閉合、分斷，那麼當進行正常測試時，PLC檢測迴路將不能正常的接收到迴路的反饋信號；當雙金屬片失效時，即雙金屬片的彎曲程度已經變形，此時會導致動觸頭不能正常的和靜觸頭進行連，當合閘機構進行合閘時，迴路不能進行正常的接通，PLC無法正常的接收到反饋的電壓信號；當動靜出頭出現粘連的情況時，不論分閘或者合閘，迴路的反饋電壓信號始終存在，那麼系統就會正確的判斷出此失效。附件測試改用程控恆壓源的方式，對比於以往的電壓提供裝置(調壓設備+變壓器的方式)，程控恆壓源具有輸出電壓精度高，輸出電壓精度能達到±1％，響應速度快等優勢，從設定到輸出的時間小於300ms，能更好的對電壓進行控制。幾個部件配合一起，通過工控機進行統一顯示以及輸入列印，協調PLC控制系統對各個部件動作進行統一控制，程控電壓源輸出系統需要的電壓值，相對於以往的測試平臺，此平臺具有，快速，準確，通用等方面的優勢。
本實施例提供的電能表用負荷開關高加速失效試驗平臺；該負荷開關高加速失效試驗平臺由主控系統，程控恆壓源系統，機械外殼夾具氣缸等組成；其中主控系統由工控機、顯示器、輸入鍵盤滑鼠、印表機、PLC控制器以及外圍電氣配件組成。程控恆壓電源由供電模塊，整流模塊，IGBT控制模塊，輸出模塊，電壓採集模塊，通訊模塊等組成，採用PI調節方式，P是比例，I是積分，積分的作用時基於偏差量的，比例的作用是加快收斂速度的，兩者具體調節原理如下：
比例增益Kp：當反饋與給定出現偏差時，輸出與偏差成比例調節，若偏差恆定，則調節量也恆定。比例調節可以快速響應反饋的變化，但單純用比例調節無法做到無差控制。比例增益越大，系統的調節速度越快，但若過大容易產生振蕩，過小則反映速度較慢。如此系統當KP值為100的時候，設置電壓為220v，從0V到設定值的時間為100ms，但是產生的偏差極大，最大值可到224V，最小值為216V左右，但是如果KP的值為30時，從0V到設定值的時間為150ms，但是偏差相對較小，最大值為222V，最小值為218V，所以要選擇適當的KP值才能滿足時間和精確度雙方面的要求，最大為比例增益對系統影響如圖4所示，圖中31表示比例增益Kp較大時的實際輸出電壓圖，32表示比例增益Kp較小時的實際輸出電壓圖。
積分增益Ki：當反饋與給定出現偏差時，輸出調節量連續累加，如果偏差持續存在，則調節量持續增加，直到沒有偏差，積分調節器可以有效地消除靜差。Ki過大則會出現反覆的超調，使系統一直不穩定，直到產生振蕩，若Ki過小則會出現調節過慢，使系統反應速度過慢，積分相對誤差取決於時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大，這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等於零。積分增益對系統影響如圖5所示，圖中41表示積分增益Ki較大時的實際輸出電壓圖，42表示積分增益Ki較小時的實際輸出電壓圖。
PI偏差最大極限：為了消除PI調節帶來的不停的系統調節，避免系統電壓不停的震蕩，即給出了PI偏差最大極限，即系統輸出值相對於給定值允許的最大偏差量，當電壓反饋量在此範圍內時，系統即認為調節到了所需的電壓值，電壓閉環調節器停止調節。此恆壓源採用了正確的調節方式和多年的試驗數據經驗，在保證速度的同時達到調節精度的要求；如圖6所示，51表示偏差最大極限值。
所述程控恆壓電源採用PI調節方式，具體步驟如下：
S11：設置調節參數，所述調節參數包括給定電壓、比例增益Kp、積分增益Ki和PI偏差最大極限；
S12：獲取反饋電壓信號；
S13：計算反饋電壓信號與給定電壓是否存在偏差值；
S14：判斷偏差值是否為恆定值，如果是，則保存調節量為恆定值；累加輸出調節量；
S15：如果偏差持續存在，則調節量持續增加，直到沒有偏差；
S16：計算輸出電壓和給定電壓的偏差量；
S17：判斷偏差量是否小於PI偏差最大極限值，如果小於，則停止調節；
S18：如果否，則返回步驟S12。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的保護範圍當中。