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文章泉源:mog-net.com   宣布者:学生结业作品网站   宣布时间:2008-08-28 10:10:12   阅读:36529
 
以前,我国对电机的试验一样平常接纳人工单机控制,时效性较差,误差也较大,很难知足测试的要求。
  近几年来,我国对电机的智能检测有了很大的生长,海内电机行业的检测装备和检测手艺有了较快的生长,种种检测传感器、检测仪器已较量齐全,而且性能也较稳固,为电机检测系统的研制提供了有利的条件。但就高压电机检测系统的现实应用而言,还存在着以下不足:高压电机检测系统的自动化水平较低、系统的可靠性、清静性不够等等。
  高压试验系统投资总额较高,而作为投资方的电机质检机构,希望在原有低压检测系统的基础上举行装备刷新,研制出能举行高压电机试验的检测系统。同时,制造企业由于种种因素的制约,缺少完整的型式试验装备和相关的专业手艺职员,对存在的性能缺陷往往不能准确举行地诊断,剖析缺陷的缘故原由,提出明确的刷新建议。
  所有的电机(包罗高压电机)在出厂之前都要经由型式试验和性能测试,周全到达手艺要求之后才气投产或继续生产。这些测试或试验的数据包罗电机的电压、电流、转速、功率、转差率、频率、效率、温度、电阻等,这些参数是在知足GB1032三相异步电念头试验要领等国家有关尺度的精度及其清静要求的基础上通过空载试验、负载试验、温升试验、转矩试验等多种试验获得的,本文所先容的智能高压电机试验系统具有自动测试功效,通过丈量数据,能够很好地反映电机性能及其质量。
1.1   电机型式试验简介
  电机试验是使用仪器、仪表及相关装备,凭证相关尺度的划定,对电机制造历程中的半制品和制品,或以电机为主体的配套产物的电气性能、力学性能、清静性能及可靠性能等手艺指标举行的磨练。通过这些磨练,可以所有或部门的反映被试电机的相关性能数据,用这些数据,可以判断被试产物是否切合设计要求、品质的优劣以及刷新的目的和偏向。
  所谓型式试验是一种周全的性能试验,能够较确切地获得被试电机的有关性能参数的试验,其目的是为了确定电机的电气和机械参数是否周全到达手艺要求,种种型式电机均需要通过本试验才气投产或继续生产。国际尺度和英、俄、德等国家都把型式试验看成一种性能试验,用来检查电机的特征和参数。这种试验一样平常只对种种型式电机中的第一台或首批的几台样机举行,以是称为型式试验。
  凭证需要,试验可包罗尺度中划定的所有项目,也可以是其中的一部门项目。
  按国家尺度划定,在下述情形下,应举行型式试验:
1.新设计试制的产物;
2.经判断定型后小批试投产的产物;
3.设计或居心上的变换足以引起电机的某些特征和参数发生转变的产物;
4.检查试验结构与以前试验结构发生不行允许的误差的产物;
5.产物自定型投产后的定期抽试。
1.1.1 空载试验和负载试验
电机试验的项目许多,如空载试验、负载试验、堵转试验、温升试验等等,在此系统设计中只先容和设计了空载和负载试验。以是有须要弄清它们的试验目的和试验历程。
1.空载特征试验
(1)试验目的:
三相异步电念头的空载试验是给定子施加额定频率的额定电压,试验目的:
a.检查电机的运转的无邪情形,有无异常噪声和较强的振动;
b.通过测试求得电机在额定电压时的铁心消耗和在额定转速时的机械消耗;
c.通过试验得出空载电流与空载电压的关系曲线。这条曲线着实就是一条磁化曲线。它可以反映出电机磁路事情的情形,例如铁心质料的性能,转子的气隙等的选择是否合理。
(2)试验历程:
  将电机启动后保持额定电压和额定频率空载运行到机械消耗稳固。判断机械消耗稳固的尺度是:输入功率相隔半个小时的两个读数之差不大于前一次输入功率的3%,在现实应用中,一样平常凭履向来确定,对1KW以下的电机一样平常运行15~30min,对1~10KW的电机一样平常运行30~60min,对大于10KW的电机应为60~90min.
试验时,施于定子绕组上的电压从1.1~1.3Un最先,逐渐降低到可能到达的最低电压值,使电流最先回升为止,其间测取7~9个点,每个点应测取下列数值:三相电压(如可确定三相平衡时,可只测一相),三相电流,输入功率P0。
2.负载试验
(1)试验目的:
  负载试验的目的现实上是要测取电机的事情特征曲线,思量效率和功率因素是否及格,取得剖析电机运行性能的须要数据。
(2)试验历程:
  测试应在被试电机靠近热状态下举行,在额定功率和额定频率下,改变负载,在1.25~0.25倍额定功率规模内测取6~8点读数,每点同时丈量:三相电压,三相电流,输入功率,功率因素,转差率,输出转矩。转差率现实是通过测出转子的转速盘算出来的。
1.1.2 电机测试尺度
本试验中要实现系统的设计首先必须知足GB1032三相异步电念头试验要领等国家有关尺度的精度及清静要求:
1.试验电源
1)试验电源的电压波形正弦畸变率(电压波形中所包罗的除基波分量以外的各次谐波的有用值平方和的根值与基波分量有用值之比的百分数)应不凌驾5%,在举行温升试验时应不凌驾2.5%。
2)试验电源的三相电压对称系统应切合下述要求:
  电压的负序分量和零序分量均不凌驾正序分量的1%;在举行温升试验时,负序分量不凌驾正序分量的0.5%,零序分量的影响予以消除。
  试验电源的频率与额定频率之差应在额定频率±1%规模内。
2.丈量仪表
  试验时,接纳的电气丈量仪表的准确度应不低于0.5级,三相瓦特表的准确度应不低于1.0级,互感器的准确度应不低于0.2级,电量变送器的准确度应不低于0.5%级(检查试验时应不低于1%),数字式转速丈量仪及转差率丈量仪的准确度应不低于0.1%±1个字,转矩丈量仪及测功机的准确度应不低于1%(实测效率应不低于0.5%)。
  选择仪表时,应使丈量值位于20%-95%仪表量程规模内。
3.丈量要求
举行电气丈量时,应遵照下列要求:
1) 三相电流用三电流互感器(或二互感器)法。
2) 接纳电流互感器时,接入付边回路仪表的总阻抗(包罗毗连导线)应不凌驾其额定阻抗值。
3)试验时,各仪表读数同时读取。在丈量三相电压或三相电流时,应取三相读数的平均值作为丈量的现实值。
1.2 电机自动测试的特点及和当前电机测试的现状
以往的电机测试往往接纳通俗的指针式仪表由人工读数、人工纪录,然后由人工致理成数据并描绘曲线或编写实验陈诉。由于某些缘故原由如电源的颠簸、频率颠簸、负载颠簸等因素会使仪表的指针摆动,为了能较量准确的读出某一瞬间的各项被测参数,往往需要几小我私人同时读表,事情效率低。不仅云云,由于读表的差异时性以及读数、纪录、盘算中种种人为误差还会使实验数据疏散性大,试验经由的准确度低,重复性差,现在这种测试要领基本被镌汰。
  另外一种丈量方式是使用种种电子丈量仪表,如多功效电参数测试仪可以丈量电机在种种状态下的转矩、转速、输出功率等,这类仪器一样平常由单片机组成,丈量精度高,接纳数字显示,功效较量完整,提高了自动化水平,可是对数据的处置赏罚、试验历程中的读数同步等问题,仍然不够理想。
  在数字仪表的基础上生长起来的数字式自动测试系统可以控制丈量历程,处置赏罚测试数据,纪录与显示丈量效果。
  接纳微机的电机自动测试系统在测试功效、丈量精度等各项指标上都远远凌驾了传统的实验要领。使电机测试步入了新的时代。
  近几年来,由于盘算机的功效一直强盛,种种人机界面软件一直涌现,这给电机测试提供了可视化监控画面。这又使电机测试迈进了一大步。
1.3 系统设计的主要内容及要求
本设计实现的是一个高压电气控制系统,拟在论证种种高压检测实现方案的基础上,选择一种方案设计。并以H400以下,500KW以下、额定电压10KV样机为试验工具,设计自动控制系统,能够完成高压电机一样平常性能的检测。而且选定合适的变压器、调压器、高压设施、电缆等,能够实现高压电机一样平常性能项目的检测,知足GB1032三相异步电念头试验要领等国家有关尺度的精度及清静要求。绘制原理图、主回路、控制回路、丈量回路框图,设计控制流程及法式、举行量程分档,选用合适的仪器装备及其参数设置,完成系统总体设计。
1.4 本设计的主要事情
本设计完成的主要事情如下:
(1)剖析型式试验要求,查阅并检索海内外电机试验的文献资料;
(2)研究高压试验要领尺度及试验方案,确定总体方案;
(3)设计电机试验主回路系统;
(4)凭证尺度精度要求选用仪器仪表,设计丈量回路;
(5)设计电气控制系统,包罗上位机、下位机、掩护系统及上位机和下位机的通讯;
(6)对设计举行小结。

 
现在电机自动测试系统的主要组成很相似,主要有:微机系统及其外部装备、测试硬件平台、种种数字测试仪器。在试验的要领上主要有两种类型:一个就是试验的历程控制是由测试硬件平台来实现,微机系统只举行数据处置赏罚、曲线绘制等。好比浙江大学电磁研究所1995年研制的一套电机自动测试系统,它是用微机接口控制器来实现控制的。尚有就是美国西屋公司研制的电机自动测试系统,整个试验历程是由PLC实现的。
  随着微机手艺的生长,微机的性能越来越强盛,软件的生长也使实现控制变得极为利便、无邪,以是现在大多数系统都把控制逻辑由微机控制,通过通讯口对装备举行控制,由于运行在微机上的软件编写很是无邪,许多功效很是容易实现,能举行重大的逻辑运算、判断,而且运算速率很是快,系统无邪性大大增添。
  本设计所要设计的高压电机智能试验系统,和传统的电机试验一样,要实现负载试验,首先必须有一个总的构想:
  高压电机试验系统首先要思量为被试电机提供一个可调的高压电源,有个可调高压电源,思量本系统完成的是电机的负载试验,必须让负载转变,以是必须还得提供一个可调的大功率负载,而且这个负载必须平滑可调。在本系统中,负载是使用与被测电机电压、功率相同的另一台负载电机M2来实现的。为了让系统按设定的要求事情,必须接纳PLC对其控制,而且试验历程中各个参数必须通过丈量系统和数据收罗才气上传至上位机,通过组态软件实验监控。
2.1系统所要实现的功效
1)系统能够使变频机组的频率在允许的规模内(保证负载电机不外载)平滑可调;
2)系统能够实现被试电机负载平滑可调;
3)系统能够凭证试验要求对变频电源和负载实现自动控制;
4)系统能够按要求实时收罗数据,并能把数据通过串行口传输到上位机,软件提供可视化菜单;
5)系统能够在遇到异常情形(如过压、过载等)自动切断电路或发出报警信号。
2.2 系统的组成
本智能试验系统与传统的电机试验系统有所区别,本系统不光要实现电机的试验,而且要实现控制自动化,数据收罗自动化,并能实现微机现场监控参数转变,更主要的是所涉及的试验电机为10KV的高压电机,还要思量高压掩护等,因此,勿庸置疑,本系统设计要涉及更多控制和掩护模块。
  凭证系统的设计及控制要求,试验系统分为控制子系统、高压子系统、可调负载子系统、丈量系统、数据收罗子系统和组态监控系统等部门。
  控制子系统由上位机(工控机)、下位机(PLC)和控制装置三个部门组成。上位机接纳组态王组态软件举行现场监控;下位机接纳三菱PLC举行控制。
  数据收罗系统思量接纳传感器、变送器、A/D转换装置通过RS-485接口把数据传送到上位机或者通过自带RS-485接口的高精度智能仪表直接把数据上传到上位机,组态界面实时监控试验效果。
  同时,组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,有利于试验者实时现场监控。
系统组成框图如图2所示:
2.3 系统的事情原理
图2中,虚线框中控制及其高压掩护装置、被试电机以及可调负载组成了主回路系统。PLC按要求控制主回路系统的事情,当被试电机的电压和负载知足要求时,丈量系统启动,丈量主回路中被试侧和负载侧的各个参数,然后通过数据收罗系统把数据传输到工控机,组态界面临数据举行监控。PLC和工控机之间通过串行接口毗连,工控机可通过PLC控制现场的事情流程。整个事情组成了一个智能化电机测试系统。
3.1 设计的主要性及头脑
1.主回路设计的主要性:
  实现高压电机试验首先必须解决的问题之一是主回路的设计,这步很是要害,控制系统和丈量系统都是基于主回路系统事情,并对它举行自动化、智能化控制及丈量,是整个系统设计的基石。
2.设计的基本头脑:
1)负载可调;
  思量系统要实现的功效和设计的要求,既然是负载试验,首先必须解决负载问题,为了利便起见,接纳双电机系统,只要让负载电机事情在发电状态,即成为被试电机的负载,可是又必须解决负载在一定规模(被试电机允许的负载)之内平滑可调,只要在一定频率规模内改变负载电机的频率,即可改变被试电机的负载,本系统中接纳变频机组来平滑调治频率,这样到达改变被试电机负载的目的。
2)高压可调;
  系统一样平常进线电压为380V,要实现所划定的高压,而且让其可调,必须用到升压变压器和调压侧,以是在两侧都要用升压变压器和调压器。
3)丈量仪表的选定;
  在本系统中丈量电流用电流互感器,思量负载的大幅转变,被测电流的转变规模,要用到几组电流互感器来随电流的转变自动切换,提高电流丈量的精度。电压的丈量接纳电压互感器。 
4)稳压和稳频;
  主电路中进线电压为电网电压,难免会有所颠簸,而且,调压历程中电压也会略有发抖,因此,思量在被试侧的低压侧接上稳压器件。负载侧由于变频机组自己具有稳压、稳频功效。以是不需要再接稳压器件。
5)高压掩护装置;
  由于两侧都是高压线路,以是在两侧必须装有高压断路器和高压隔脱离关,以便电路在异常情形下自动切断线路,也有利于手动控制线路。
3.2 主回路的硬件接线及事情原理
基于3.1节设计头脑主回路硬件接线如图3.1所示:
QF:高压断路器;QS:高压隔脱离关;TA:电流互感器;TV电压互感器;TB:调压器;T:变压器;FU:熔断器
  本系统接纳双路高压,一起为被试机(M1)供电,一起为作为负载用的负载电机(M2)供电。值得注重的是,在举行负载试验时,负载能量经电源机组、调压器回馈到低压侧电网。详细为:负载电机与被试电机同轴联接,通过电源机组调治负载电机的转速,使被试电机与负载之间形成一定的转速差,纵然负载电机的频率f<50HZ,处于发电状态,从而为被试电机加了负载,改变变频机组的输出频率,即可改变被试电机的负载巨细。由于M2以发电机方式运行,则发生的电能通过电源机组经调压器回馈至电网。因此,从整个系统角度来看,系统消耗的能量主要为系统内各电机的消耗。以是,本系统具有运行效率高的优点。值得注重的是,要限制变频机组的频率转变规模,以防被试电机过载。在本系统中制订输出的变频规模为 8~50Hz。
  在主回路中,如被试电机在电念头状态事情时,首先在低压下让其旋转偏向相同, 启动负载电机,将其电源频率和电压调到额定值左右,随即被试电机通电,调治电压至额定值,然后降低负载电机的电源频率,让被试电机逐渐加负载至额定值,负载电机作发电运行,直至被试电机到达热稳固状态。接着在知足功率调治规模在1.25~0.25PN内用变频电源平滑调治被试电机的负载, 测取数据的历程中,被试电机应保持频率和电压稳固;辅助电机应保持额定电压稳固。
3.3主回路相关装备的选择
一、高压试验对换压器的基本要求
  高压试验必须有一个能知足手艺尺度要求的可调试验电源。通常在高压试验变压器的前级选配合适的调压器,借助调压器的电压调整,使高压试验变压器输出知足要求的、无级一连、匀称转变的试验电压。高压试验配用的调压器,除了其输出容量、相数、频率、输出电压转变规模等基本参数应知足试验要求外,还要求调压器应具有以下性能。
  1)输出电压质量好 如要求调压器输出电压波形应只管靠近正弦波;输出电压下限最好为零;有些场所还要求输出电压与输入电压相位相同。
  2)调压特征好 如要求调压器阻抗不宜过高;调压特征曲线平滑线性;调治利便、可靠。
  3)情形掩护好 如要求调压器运行噪声小。
二、调压器和变压器的选择
  高压试验用调压器,一样平常接纳移圈调压器、感应调压器和接触调压器三种类型。在本系统中接纳柱式接触调压器。
  柱式接触调压器是一种输出电压一连可调的自耦变压器。它具有输出电压波形正弦性好,输出电压下限可以为零,调压特征平滑、一连、线性;短路阻抗可以控制在较小规模内,运行噪声小以及输出电压与输入电压相位基内情一律优点,是一种较量理想的高压试验用调压器。
图3中主回路进线电压为380V,可是高压侧电机的额定电压为10KV,必须通过调压器和升压变压器才气到达高压,制订调压规模为1KV~12KV,通过调压器使其电压在40~600V规模内转变,升压变压器的变比为0.4KV~10KV。值得说明的是,调压器和变压器只划分给出了调压规模和变比,没有选择现实的型号。现实运用时必须按尺度选择型号。
以GB1032三相异步电念头试验要领为依据,保证试验历程知足要求,凭证此要求设计电气控制系统。由控制系统由工控机(上位机) 、PLC(下位机)和控制装置等组成。上位机接纳组态王组态软件,下位机接纳三菱FX2N型PLC,通讯接纳RS - 232接口(实验用)。其中组态王软件提供可视化菜单,试验职员按组态界面的提醒,由工控机发出控制指令,通过可编法式控制器对系统实现控制。
4.1 上位机的设计
4.1.1 组态王软件功效剖析
本系统上位机接纳了组态王6.0x,该软件操作利便,结构清晰,易于上手。而且接纳了多线程、COM组件等新手艺,实现了实时多使命,软件运行稳固可靠。而且,它能充实使用Windows的图形编辑功效,利便地组成监控画面,并以动画方式显示控制装备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利的天生种种报表。它还具有富厚的装备驱动法式和无邪的组态方式、数据链接功效。该软件把每一台下位机看作是一台外部装备,在编程历程中凭证“装备设置向导”的提醒一步步完成毗连功效。在运行时代,组态王通过驱动法式和这些外部装备交流数据,包罗收罗数据和发送数据/指令。每个驱动法式都是一个COM工具,这种方式使通讯法式和组态王软件组成一个完整的系统,既保证了运行系统的高效运行,也可扩大系统的规模。工业自动化通用组态软件—组态王软件系统与最终工程职员使用的详细的PLC或现场部件无关。 对于差异的硬件设施,只需为组态王设置响应的通讯驱动法式即可。组态王支持的硬件装备包罗:可编程控制器(PLC) 、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等等。工程职员可以把每一台下位机看作一种装备,而不必体贴详细的通讯协议,使用时只需要在组态王的装备库中选择装备的类型完成安装即可,使驱动法式的设置越发利便。
4.1.2 组态王6.0x的组成及建设新法式的历程
“KINGVIW6.0”软件包由工程治理器、工程浏览器和画面运行系统TOUCHVEW三部门组成。其中工程浏览器用于新建工程、工程治理等。工程浏览器内嵌画面开发系统,即组态王开发系统。工程浏览器和画面运行系统是各自自力的Windows应用法式,均可单独使用;两者又相互依存,在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用法式必须在画面运行系统中才气运行。
  工程治理器主要用于KINGVIEW工程的治理。
  使用KINGVIW建设新法式的一样平常历程是:
1)设计图形界面;2)结构数据库;3)建设动画毗连;4)运行和调试。
  在用KINGVIEW画面开发系统体例应用法式时要遵照此历程思量四个方面:
  图形。就是怎样用抽象的图像画面来模拟现实的工业现场和响应的监控装备。“KINGVIEW6.0”接纳面向工具的编程手艺,使用户可以利便地建设画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样使用系统提供的图形工具完成画面的天生,同时支持画面之间的图形工具拷贝,可重复使用以前的开发效果。
  数据。怎样用数据来形貌工控工具的种种属性?也就是建设一个详细的数据库,此数据库中的变量反映了工控工具的种种属性,数据库是“KINGVIEW6.0”最焦点的部门。在TOUCVEW运行时,工业现场的生产状态要以动画的形式反映在屏幕上,同时操作者在盘算机前宣布的指令也要迅速送达现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在数据库中存放的是变量的当前值,变量包罗系统变量和用户界说的变量。变量的荟萃形象地称为“数据词典”,数据词典纪录了所有用户可使用 的数据变量的详细信息。
  动画毗连。所谓“动画毗连”就是建设画面的图素与数据库变量的对应关系,当变量的值改变时,在画面上以图形对应的动画效果体现出来;或者由软件使用者通过图形工具改变数据变量的值。这样,工业现场的数据当它们转变时,先通过I/O捏词,引起实时数据中变量的转变再通过“动画”在画面上反映出来。
  硬件接口。KINGVIEW软件系统与最终用户使用的详细的现场部件无关。对于差异的硬件设施,只需为组态王设置响应的通讯驱动即可。
4.1.3系统组态界面的设计
凭证电机的负载转变,试验又分负载试验、空载试验、堵转试验等,在此系统设计中,由于时间有限,系统组态界面设计历程中主要设计了负载试验、空载试验和对应参数的实时曲线界面。以下以建设主画面为例,讲述界面设计的历程。
  打开组态界面,新建工程,工程名为电机智能试验系统(主画面)。
详细步骤如下:
  1)在工程治理器中选择菜单“文件/新建工程”,或者点击工具栏的“新建”按钮,泛起“新建工程向导之一”对话框。
  2)单击“下一步”按钮,弹出“新建工程向导之二”对话框。
  3)单击“浏览”按钮,选择所要新建的工程存储的路径。
  4)单击“下一步”按钮,弹出“新建工程向导之三”对话框:
    在对话框中输入工程名称:“电机智能试验系统”
    在工程形貌中输入:“测试电机的性能”
    单击“完成”。
  5)弹出对话框,选择“是”按钮,将新建工程设为组态王当前工程。
  6)在菜单项中选择“工具/切换到开发系统”,直接打开组态王工程浏览器,则进入工程浏览器画面,此时组态王自动天生初始的数据文件。
  7)在工程浏览器中左侧的树形结构中选择“画面”,在右侧视图中双击“新建”。
  工程浏览器将弹出“新画面”对话框,然后在新画面中首先举行页面设置,如画面位置、画面气焰气焰等。
  画面中要新建的图素主要以主回路为依据,以新建电压互感器为例:
  按F2键打开图库治理器,选择你所要的图素—电压互感器(若无,用户可以自己凭证自己的需要建设新的图素),在工程画面上单击鼠标,泛起电压互感器,然后调整巨细并放到适当的位置即可。
  空载试验界面如图4.1所示:
 
  负载试验组态界面如图4.2所示:
  实时趋势曲线如下图4.3所示:
  在本系统中,由于被测电机的容量可在一个较大规模内改变,测试的内容也有空载和负载之分,因此电机的电流转变的规模很大,从几安培到几十安培甚至上千安培。思量到事情方式为自动/手动两种方式。而且手动方式中由于用户的需要仍要求接纳指针式仪表读取试验数据,因此保证在大规模内都能准确读取电流值是本系统设计的难点之一。在本系统中,电流仍通过电流互感器来丈量。思量到电流的转变规模必须要用到多组电流互感器。在本文中有代表性的选用了两组电流互感器,它们划分为5/5、30/5两种。如图4.1中红线框所示,利便起见,见下图4.4所示:
  其中TA1与TA2为差异量程的电流互感器,通过QF2、KM1和KM2之间的切换,可选择差异量程的电流互感器接入。可以通过电流继电器作响应的切换,从而选择出对应的被测电流。由于电流互感器丈量时次级是不允许开路的,以是在举行电流换档时,要求将要换去的电流互感器,先短路原边丈量线圈,然后再断开副边线圈。而要换上的电流互感器则先接通副边线圈后断开原边线圈。
    在以上空载和负载组态控制画面上,操作职员可直接点击画面上的控制按钮,实现响应的控制。
4.2 下位机的设计
4.2.1三菱FX2N型PLC的性能特点
  在本系统中接纳了三菱系列PLC,三菱系列PLC 是三菱公司较量主要的产物,它运行速率快、控制可靠、安装无邪、扩展利便、性能价钱比高,具有强盛的指令系统,而且接纳模块组件,用户可凭证控制需要,无邪地购置种种模块,阻止了控制点数的铺张,因此在工业控制中获得了普遍的应用。
  三菱FX2N型PLC的性能特点:
  (1)可靠性高 I/O均接纳光电耦合, 二次电路设有C - R 滤波器, 防止混入输入接点的振动噪声和输入线的噪声引起误行动, 具有很强的抗滋扰能力, 能用于较恶劣的情形。
  (2)抗滋扰性好 接纳模块结构和软件控制,省去硬件开发事情,大大提高了系统的抗滋扰性。
  (3)通用性好, 使用利便、无邪。 在不改变硬件的情形下, 修改PLC内部软件可实现差异的控制要求, 大大镌汰调试的事情量, 提高事情效率,使系统的柔性大大提高。
  (4)增添RS —232BD 接口板, 利便地实现与上位机之间的通讯。
4.2.2 PLC的I/O输入输出设置
凭证系统控制要求PLC输入输出变量界说如表4.1所示:
  由变量名界说可知,输入点数为5,输出点数为8,选用PLC型号为FX2N-48MR。由于实验室条件以实时间的限制,只是做了一小部门的变量界说。着实在现实控制历程中还需更多的变量界说,在此纷歧一枚举。
  输入输出设置如图4.5所示:
4.2.3 PLC控制系统的结构
PLC控制的工具主要为两侧的调压控制(包罗稳压控制)、变频机组频率控制(包罗稳频控制)和其它励磁控制。
  要实现电压可调,可通过PLC及其继电器控制线圈触头平滑移动来控制。
  同时由于电网电压的颠簸及其机械因素的影响,必须要有稳压措施。
  要实现频率平滑可调,可用PLC匀称改变变频机组的励磁,实质是改变变频机组的电流。
  基本控制框图如图4.6所示:
4.2.4 PLC控制流程框图
本系统所要完成的是高压电机的试验, 电机试验的项目分为多种,在此思量负载和空载试验。着实,空载试验是负载试验的一个特例,思量情形特殊,举行划分试验。
1.空载试验
  空载试验,就是没有负载,在本系统设计中相当于把负载侧电机去掉,剩下被试侧线路,之后可以举行空载试验。
  其对应的软件流程图如图4.7所示:
                              图4-7 空载试验软件流程图
空载试验梯形图
2、负载试验
  负载试验必须保证变频机组的频率在划定规模8~50Hz内转变,其对应的软件流程图如图4.8所示:
图4-8 负载试验软件流程图
  梯形图法式
4.3 高压掩护设计
电机试验必须要求有严酷的掩护措施再加上本系统在高压电下举行试验,掩护问题变的越发重大。思量到试验系统的特殊性以及被试样机可能存在故障,必须设置较严酷的掩护措施。在装备硬件通例掩护(例如被试侧和负载侧的断路器、高压隔脱离关等)的基础上,接纳软件设置无邪的掩护系统,以顺应被试样机规格、功率巨细纷歧的特点和适时监控的需要。实现电气掩护及自动检查。在组态王体例可设置界面,有电压、电流、功率指示及电源通断控制及显示,而且设置故障预警及警报,实现较完善的掩护功效包罗:过电压掩护、欠电压掩护、缺相掩护、短路掩护、过载掩护、过电流掩护、过转矩掩护等等。
  例如,在负载试验组态界面上,设置了过电压报警和过载报警。如图4.9所示:

  通过查找电机允许通过的上限电压,在组态界面上设置了过电压报警;当频率下调时,被试电机可能过载,通过设置过载报警保证线路的清静。着实在现实电机测试历程中,还要思量更多方面的掩护。
4.4 上位机和下位机的通讯
4.4.1 PLC和组态王的通讯简介
  组态王与PLC之间通讯接纳的是PPI通讯协议。组态王通过串行口与PLC 举行通讯,会见PLC相关的寄存器地址,以获得PLC 所控制装备的状态或修改相关寄存器的值。在现实编程历程不需要编写读写PLC寄存器的法式,组态王提供了一种数据界说要领,在界说了IPO 变量后,可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势剖析、数据纪录和报警显示。
  上位机和下位机通讯原理图如图4.10所示:
 
4.4.2 通讯的实现步骤
PLC与上位盘算机的通讯可以使用高级语言编程来实现,可是用户必须熟悉互连的PLC及PLC 网络接纳的通讯协议,严酷的凭证通讯协议划定为盘算机编写通讯法式,其对用户要求较高,而接纳工控组态软件实现PLC与上位盘算机之间的通讯则相对简朴,由于工控组态软件中一样平常都提供了相关装备的通讯驱动法式,例如三菱系列PLC与工控组态王软件“组态王 6.0x”之间可举行毗连实现PLC与上位盘算机之间的通讯。
  下面先容组态王6.0与FX2N PLC 之间通讯的实现步骤。
  PLC接纳RS-485或RS-232举行通讯,占用盘算机的一个串行口。在不添加扩展卡的情形下可以使用编程口和盘算机举行通讯。 
第一、装备毗连:
  使用PLC 与盘算机专用的F2 - 232CAB 型RS232C 电缆,将PLC 通过编程口与上位盘算机串口(COM 口) 毗连,举行串行通讯。串行通讯方式使用“组态王盘算机”的串口,I/O装备通过RS-232串行通讯电缆毗连到“组态王盘算机”的串口。在本系统通讯中操作如下:
  1)在组态王工程浏览器的左侧选中“COM1”,在右侧双击“新建”,运行“装备设置向导”。
  2)选择“PLC”下的 “三菱”中“FX2”的“编程口”项,单击“下一步”;
为外部装备取一个名称,输入PLC,单击“下一步”;
  3)为装备选择毗连串口,设为COM1,单击“下一步”;
  4)填写装备地址,设为0,单击“下一步”;
(注:在现实毗连装备时,地址的设置要和在装备上设置的地址要一致。)
  5)设置通讯故障恢复参数(一样平常情形下使用系统默认设置即可),单击“下一步”;
  6)检查各项设置,确认无误后,单击“完成”。
第二、装备设置:
  在组态王工程浏览器的工程目录显示区,点击“装备”纲要项下PLC 与上位盘算机所连串口(COM1 口) ,举行参数设置。
  然后在组态王浏览器目录内容显示区内双击所设COM1 口对应的“新建”图标,会弹出“装备设置向导”对话框。在此对话框中完成与组态王通讯的装备的设置。
第三、结构数据库
  界说变量如表4.2所示:
第四、建设动画毗连
  所谓“动画毗连”就是建设画面的图素与数据库变量的对应关系。
  1.在上表中建设I/O变量后,就必须建设画面图素与数据变量的对应关系。
例如:(1)界说界面上的“最先”按扭
  在画面上双击该按扭,弹出该工具的动画毗连对话框。
  选择“下令语言毗连”下的“弹起”选项,在下令语言中,键入本站点\\最先=1则代表若是在系统运行时,单击该按扭,系统才气响应而且事情。
  (2)界说界面上的负载侧的电压输出
  在画面上双击电压输出对应的文本框,弹出该工具的动画毗连对话框。选择“值输出”下的“模拟值输出”选项,然后键入表达式 \\本站点\\增压132这样就界说好了该图素的动画毗连。
  其它图素的界说与上面两个例子相似,但必须图素与变量相对应。
2.下令语言:
if(增大调压器2==1&&增压132<10) 负载侧调压器M2调压至额定值;
{
增压132=增压132+1;
if(增压132==10)
{
增大调压器2=0;
\\本站点\m232=1;
}
else
\\本站点\m232=0;
}
if(\\本站点\增大频率==1&&增频率142<50) 变频机组调频至50HZ;
{
增频率142=增频率142+1;
if(增频率142==50)
{
\\本站点\增大频率=0;
\\本站点\m242=1;
}
else
\\本站点\m242=0;
}
if(\\本站点\增大调压器1==1&&增压131<10) 被试侧调压器调压至额定值; 
{
增压131=增压131+1;
if(增压131==10)
{
\\本站点\增大调压器1=0;
\\本站点\m231=1;
}
else
\\本站点\m231=0;
}
if(\\本站点\减小频率==1&&增频率142>8) 变频机组往下调治频率;
{
增频率142=增频率142-1;
if(增频率142==8)
{
\\本站点\减小频率=0;
\\本站点\m241=1;
}
else
\\本站点\m241=0;
}
if(\\本站点\竣事==1&&\\本站点\高压2==0)
增压131=0;
if(\\本站点\竣事==1&&\\本站点\高压1==0)
{
增压132=0; 电压清零;
增频率142=0; 频率返回到初始值;
}
if(\\本站点\高压2==1&& 旋转2<360) 负载侧电机运转;
旋转2= 旋转2+30;
else
旋转2=0;
if(\\本站点\高压1==1&& 旋转1<360) 被试侧电机运转; 
旋转1= 旋转1+60;
else
旋转1=0;
if(\\本站点\高压2==1&&\\本站点\电流互感器高==0)
\\本站点\电流互感器低=1;
if(增频率142==35&&减小频率==1)
{
\\本站点\电流互感器低=0;
\\本站点\电流互感器高=1;
}
if(\\本站点\高压2==0)
{
\\本站点\电流互感器高=0;
\\本站点\电流互感器低=0;
}

第五、系统运行
  启动组态王运行系统TOUCHVEW; 运行电机智能系统的控制。在写入PLC法式后,将PLC 开关指向“RUN”状态,按下“最先”按钮,视察负载试验和空载试验的控制效果。实验效果批注,系统运行正常,动画效果优异。
4.4.3组态界面中系统实现控制功效形貌
参照组态界面图,先把空载和负载对应的PLC法式写入PLC内存中,在完成一次演示后,必须先扫除PLC中的内存后写入法式。
空载试验时,点击“最先试验”按扭,先在被试侧检测有无崎岖压信号,如无,则低压侧开关KM1闭合,延时5秒,高压侧开关KM3闭合,电机运转。在本空载试验中,电流互感器的量程切换在负载试验中体现,然后再延时5秒,调压器最先调治,调至被试侧电机额定电压10KV时,调压阻止,丈量系统启动最先试验,试验完后,先关高压开关KM3,再关低压开关KM1,试验竣事。
  负载试验时,点击“最先”按扭,和空载一样,先在被试侧检查有无崎岖压信号,如无,低压开关KM2闭合,延时5秒高压开关KM4闭合,电流互感器先打到高量程30/5档,负载侧电机最先运转,着实在现实现场控制历程中,要凭证现场收罗电流信号来选择合适的量程分档,在此只作示意。延时5秒,最先调治变压器,电压从0~10KV时,调压器关闭,延时5秒,频率最先从“6”最先调治,在调治频率至35HZ时,电流互感器切换到低档5/5,等到频率调至50HZ后,延时5秒,被试侧低压开关KM1闭合,延时5秒,高压开关KM3闭合,被试电机最先运转,再延时5秒,被试侧调压器最先调压,等到调至10KV后,延时5秒,负载侧频率最先从50HZ往下调治,在判断频率知足要求后,丈量系统启动,在35HZ下,电流互感器又切换到低档,等到调至8时,延时5秒后,依次打开被试侧高压开关KM3→负载侧高压开关KM4→被试侧低压开关KM1→负载侧低压开关KM2,电流互感器开关KM5、KM6也同时打开。如在5秒内按“竣事”按扭,将手动竣事控制。同时,也可切换到实时曲线,视察各个参数的转变趋势。
 
5.1丈量系统的组成
丈量系统中被试电机侧的电参数、负载电机侧的电参数和变频机组的频率都必须传输到上位机,在组态界面上实现数据监控。
  上面那些参数首先必须通过传感器和互感器丈量,如主回路中用到的电压互感器用于丈量电压,电流互感器用于丈量电流。把测得的数据必须传输到上位盘算机举行监控。而且有些参数如温度等必须通过传感器丈量。
  基于上面的思量设计丈量系统的基本框图如图5.1所示:
 
5.2 数据收罗及处置赏罚系统原理和组成
信号收罗系统如下图5.2所示,它由传感器 、信号处置赏罚电路、A/D板、扭矩仪、工控机等组成。被试电机发动负载电机,被试电机与负载电机之间接有转速传感器以测试在差异的施加负载下电机输出的转速、转矩和功率。3只电撒播感器用于检测三相电流;3只电压传感器用于检测电机的有功功率;一只三相无功功率传感器用于检测电机的无功功率。还设置了温度传感器用于检测电机温升。模拟信号由信号处置赏罚电路处置赏罚后,分两路,一起送数字仪表显示,另一起由A/D板收罗后送工控机举行处置赏罚和组态监控。转矩转速传感器检测信号由微机扭矩仪显示并通过RS-485串口送至工控机。信号收罗处置赏罚由传感器、信号处置赏罚电路、A/D板、扭矩仪、工控机配合完成。值得说明的是,功率因数、电机的输出功率、电机效率不是直接丈量出来的,而是通过以上参数运算间接获得。
  以下对上述框图中主要硬件模块的作用划分予以简要先容。
  A/D收罗卡 A/D收罗接纳AC1820 高速数据收罗卡。该卡提供16路单端输入12位A/D转换,A/D 转换速率最快可达800kHz。该卡接纳板上RAM 存储方式,板上RAM 为128K字,可以脱机采样,适合WINDOWS系统的应用。该卡的以上特点完万能够知足高压电机试验的各项要求。
信号处置赏罚电路 它的作用是将各传感器的输出信号转换成为0~±5V的电压,以便A/D收罗卡收罗和计数。同时,也为A/D收罗卡提供适当的掩护。

  本文设计中接纳青岛青智公司的数字电参数丈量仪(自带RS-485接口)丈量,它能够替换图5.2虚线框中的模块。
  它的型号为8901F~8905F。它的事情原理:被丈量的电压、电流信号首先变换成较小的电压信号,送到高速模拟数字转换器,使之转换成单片机可以处置赏罚的数字量。单片机对收罗到的数字量举行运算处置赏罚,并将最终盘算的效果以数字的形式显示出来,与传统指针式仪表相比,数字电参数丈量仪具有以下优点:
1.所测信号数值为真有用值;
2.直接数字显示,无读数误差;
3.对于波形失真的信号同样适用;
4.用一台仪器可以丈量多个参数。
   扭矩仪接纳兰光NJY-20扭矩仪,结构原理如下:
  将待测产物牢靠在NJY测试仪的夹具上,该夹具与一个高精度的扭矩传感器细密毗连,通过操作者手旋瓶盖,传感器将手旋扭矩转换成响应的电压信号,后由单片机吸收并剖析处置赏罚,最后出具试验效果。
  电参数丈量仪与工控机的硬件毗连如图5.3所示:
5.3.1 电流互感器的选择
1)电流互感器的选择原则
  掩护用电流互感器的性能应知足继电掩护准确行动的要求。首先应保证在稳态对称短路电流下的误差不凌驾划定值。对于短路电流非周期分量和互感器剩磁等的暂态影响,应凭证互感器所在系统暂态问题的严重水平、所接掩护装置的特征、暂态饱和可能引起的效果和运行履历等因素,予以合理思量。如掩护装置具有减缓电流互感器饱和影响的功效,则可凭证掩护装置的要求选用适当的互感器。
  在本系统中,系统在举行空载和负载试验时,由于被测电机的容量和负载可在一个较大规模内改变,因此电机的电流转变的规模很大,从几安培到几十安培甚至几千安培。这给电流丈量带来了精度和量程选择的问题。虽然,电流的丈量一样平常选用电流互感器,在本系统中,电流仍通过电流互感器来丈量。
  电流互感器是按电磁感应原理事情的,主要由铁心、一次绕组和二次绕组等几个部门组成,电流互感器的一次绕组匝数很少,使用时一次绕组串联在被测线路里。而二次绕组匝数较多,与丈量仪表和继电器等电流线圈串联使用。
  按额定变流比选择(一、二次额定电流之比),其中一次电流是按恒久运行能知足允许发烧条件确定的。我国国家GB1202-97《电流互感器》中额定一次电流尺度值。已对一次额定电流划定了系列化尺度。有从1A至25000A等差异规格的电流互感器可供选择。
  思量到电流的转变规模必须要用到多组电流互感器。在本文中有代表性的选用了两组电流互感器,变流比划分为5/5、30/5,品级精度均为0.2。在现实试验历程中凭证现真相形会用到更多的电流互感器。
5.3.2 电压互感器的选择
电压互感器按其事情原理可以分为电磁感应原理可以分为电磁感应原理和电容分压原理两类。常用的电压互感器是使用电磁感应原理事情的,它的基本结构与通俗变压器相同,主要由铁心、一次绕组、二次绕组组成。它一次绕组匝数较多,二次绕组匝数较少,使用一次绕组与被丈量电路并联,二次绕组与丈量仪表或继电器等电压线圈并联。
  在系统中选用JSJW-10型电压互感器,它为三相三绕组五铁心柱式油浸电压互感器,额定电压为10KV,供丈量电压、电能、功率、继电掩护、功率因数及绝缘监视使用。
由于时间和条件的限制,系统的设计有许多方面可以进一步刷新:
1)在PLC和组态王通讯历程中,由于实验室装备和条件的限制,在通讯方式上只能接纳RS-232通讯,可是若是在现场系统通讯中可以思量接纳RS-485接口。
  2)在本系统中,PLC与上位机的通讯虽然主要,可是电机丈量的有些参数必须通过数据收罗系统传输到上位机,可是怎样能在组态界面上显示出来,是一个很是主要的问题。在系统组态界面上,电流、转速等没有显示,思量通过板卡传输过来,首先把板卡插到工控机的主板上,与外部智能仪表相连,而且在组态王工程浏览器中新建板卡,而且选择对应智能仪表的型号,这样数据就可上传。利便组态实时监控。
  3)在此设计中,由于时间及条件的限制,只完成了系统设计的主要部门,在电机现实测试中,还必须要有对电机性能的评判,这就需要用到电机测试专家系统,对电机性能举行诊断。专家系统包罗知识库、推理机、数据库等组成。
  4)在现实试验中,要实时监控PLC的事情状态,可接纳VB6.0实现组态王软件实时监控可编程控制器PLC。一样平常接纳的要领是:使用Visual Basic提供的串行通讯功效,实现与可编程控制器PLC之间的通讯,再使用VB的DDE功效完成组态王与Visual Basic之间的动态数据交流。 这样就把从可编程控制器PLC收罗到的外部信号通过Visual Basic 间接动态地显示在组态王界面上。结构框图如下:

  数字信号处置赏罚、系统辨识、专家系统是以后电机测试的生长偏向,随着电机种类的变多,功效增多、增强,对电机的测试要求也越来越高,而这些剖析要领对电机的状态有深入的剖析,获取的信息大大增添,能够发现传统要领所不能发现的问题。
  
 
  本系统使用低压机组乐成实现了10kV高电压电机的空载、负载试验,由于时间和条件限制,虽然没有在现实中获得现场测试,可是,此系统设计完整,包罗软件和硬件,组成了一个智能测试系统。工控机作为上位机,提供了优异的人机界面,举行全系统的监控和治理, PLC作为下位机执行可靠有用的疏散控制, 而且乐成的实现了组态王和三菱PLC之间的正常通讯,凭证我们设计的空载和负载软件流程图在组态界面上模拟了PLC对主回路的控制,动画效果温顺序控制优异。
  本设计从现场应用的角度出发,说明晰电机试验系统中各功效模块的设计要领,包罗上位机、下位机、组态软件、通讯与检测模块、PLC的法式设计。对每一功效模块给出了详细的设计步骤,并提供了设计步骤和法式。并为试验操作历程给出了须要的说明与先容。本设计涉及到的元件包罗传感器 、信号处置赏罚电路、A/D板AC1820、扭矩仪NJY-20、互感器JSJW-10、工控机等,上位机法式接纳KINGVIE,下位机接纳了工业现场普遍应用的FX2n-48MR,通讯与监测及转换部门由集成模块8901F组成。
本设计内容详细,条理清晰,语言通俗,有较强的适用性,能够完成最基本的电机试验,并可进一步团结数字信号处置赏罚、系统辨识、专家系统刷新知足高条理的电机试验,并应用于实践。
 
 
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