基于PLC、組態(tài)軟件的高壓電機智能試驗系統(tǒng)設(shè)計(二)

1、基于PLC、組態(tài)軟件的高壓電機智能試驗系統(tǒng)設(shè)計(二)    3.1 設(shè)計的重要性及思想 1.主回路設(shè)計的重要性：實現(xiàn)高壓電機試驗首先必須解決的問題之一是主回路的設(shè)計，這步非常關(guān)鍵，控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)都是基于主回路系統(tǒng)工作，并對它進行自動化、智能化控制及測量，是整個系統(tǒng)設(shè)計的基石。2.設(shè)計的基本思想:1)負載可調(diào)；考慮系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能和設(shè)計的要求，既然是負載試驗，首先必須解決負載問題，為了方便起見，采用雙電機系統(tǒng)，只要讓負載電機工作在發(fā)電狀態(tài)，即成為被試電機的負載，但是又必須解決負載在一定范圍（被試電機允許的負載）之內(nèi)平滑可調(diào)，只要在一定頻率范圍

2、內(nèi)改變負載電機的頻率，即可改變被試電機的負載，本系統(tǒng)中采用變頻機組來平滑調(diào)節(jié)頻率，這樣達到改變被試電機負載的目的。2)高壓可調(diào)；系統(tǒng)一般進線電壓為380V，要實現(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)測量儀表的選定；在本系統(tǒng)中測量電流用電流互感器，考慮負載的大幅變化，被測電流的變化范圍，要用到幾組電流互感器來隨電流的變化自動切換，提高電流測量的精度。電壓的測量采用電壓互感器。4)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻；主電路中進線電壓為電網(wǎng)電壓，難免會有所波動，而且，調(diào)壓過程中電壓也會略有抖動，因此，考慮在被試側(cè)的低壓側(cè)接上穩(wěn)壓器件。負載側(cè)由于變頻機組本身具有穩(wěn)壓

3、、穩(wěn)頻功能。所以不需要再接穩(wěn)壓器件。5)高壓保護裝置；因為兩側(cè)都是高壓線路，所以在兩側(cè)必須裝有高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)，以便電路在異常情況下自動切斷線路，也有利于手動控制線路。3.2 主回路的硬件接線及工作原理基于3.1節(jié)設(shè)計思想主回路硬件接線如圖3.1所示：QF：高壓斷路器；QS：高壓隔離開關(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（M1）供電，一路為作為負載用的負載電機（M2）供電。值得注意的是，在進行負載試驗時，負載能量經(jīng)電源機組、調(diào)壓器回饋到低壓側(cè)電網(wǎng)。具體為：負載電機與被試電機同軸聯(lián)接，通過電源機組調(diào)節(jié)負載

4、電機的轉(zhuǎn)速，使被試電機與負載之間形成一定的轉(zhuǎn)速差，即使負載電機的頻率f<50HZ，處于發(fā)電狀態(tài)，從而為被試電機加了負載，改變變頻機組的輸出頻率，即可改變被試電機的負載大小。由于M2以發(fā)電機方式運行，則產(chǎn)生的電能通過電源機組經(jīng)調(diào)壓器回饋至電網(wǎng)。因此，從整個系統(tǒng)角度來看，系統(tǒng)消耗的能量主要為系統(tǒng)內(nèi)各電機的損耗。所以，本系統(tǒng)具有運行效率高的優(yōu)點。值得注意的是，要限制變頻機組的頻率變化范圍，以防被試電機過載。在本系統(tǒng)中擬定輸出的變頻范圍為 850Hz。在主回路中，如被試電機在電動機狀態(tài)工作時，首先在低壓下讓其旋轉(zhuǎn)方向相同, 啟動負載電機,將其電源頻率和電壓調(diào)到額定值左右,隨即被試電機通電，調(diào)節(jié)電

5、壓至額定值,然后降低負載電機的電源頻率，讓被試電機逐漸加負載至額定值,負載電機作發(fā)電運行，直至被試電機達到熱穩(wěn)定狀態(tài)。接著在滿足功率調(diào)節(jié)范圍在1.250.25PN內(nèi)用變頻電源平滑調(diào)節(jié)被試電機的負載, 測取數(shù)據(jù)的過程中，被試電機應(yīng)保持頻率和電壓不變；輔助電機應(yīng)保持額定電壓不變。一、高壓試驗對調(diào)壓器的基本要求高壓試驗必須有一個能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的可調(diào)試驗電源。通常在高壓試驗變壓器的前級選配合適的調(diào)壓器，借助調(diào)壓器的電壓調(diào)整，使高壓試驗變壓器輸出滿足要求的、無級連續(xù)、均勻變化的試驗電壓。高壓試驗配用的調(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)滿足試驗要求外，還要求調(diào)壓器應(yīng)具有以

6、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)壓器阻抗不宜過高；調(diào)壓特性曲線平滑線性；調(diào)節(jié)方便、可靠。3)環(huán)境保護好 如要求調(diào)壓器運行噪聲小。二、調(diào)壓器和變壓器的選擇高壓試驗用調(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)、線性；短路阻抗可以控制在較小范圍內(nèi)，運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，是一種比較理想

7、的高壓試驗用調(diào)壓器。圖3中主回路進線電壓為380V，但是高壓側(cè)電機的額定電壓為10KV，必須通過調(diào)壓器和升壓變壓器才能達到高壓，擬定調(diào)壓范圍為1KV12KV，通過調(diào)壓器使其電壓在40600V范圍內(nèi)變化，升壓變壓器的變比為0.4KV10KV。值得說明的是，調(diào)壓器和變壓器只分別給出了調(diào)壓范圍和變比，沒有選擇實際的型號。實際運用時必須按標(biāo)準(zhǔn)選擇型號。 第4章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計以GB1032三相異步電動機試驗方法為依據(jù),保證試驗過程滿足要求,根據(jù)此要求設(shè)計電氣控制系統(tǒng)。由控制系統(tǒng)由工控機(上位機) 、PLC(下位機)和控制裝置等組成。上位機采用組態(tài)王組態(tài)軟件,下位機采用三菱FX2N型PLC,

8、通訊采用RS - 232接口（實驗用）。其中組態(tài)王軟件提供可視化菜單,試驗人員按組態(tài)界面的提示,由工控機發(fā)出控制指令,通過可編程序控制器對系統(tǒng)實現(xiàn)控制。4.1 上位機的設(shè)計4.1.1 組態(tài)王軟件功能分析本系統(tǒng)上位機采用了組態(tài)王6.0x,該軟件操作方便,結(jié)構(gòu)清晰,易于上手。而且采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運行穩(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)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。該軟件把每一臺下位機看作是一臺外部設(shè)備，在編

9、程過程中根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接功能。在運行期間，組態(tài)王通過驅(qū)動程序和這些外部設(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。每個驅(qū)動程序都是一個COM對象，這種方式使通信程序和組態(tài)王軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運行系統(tǒng)的高效運行，也可擴大系統(tǒng)的規(guī)模。工業(yè)自動化通用組態(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)場部件無關(guān)。 對于不同的硬件設(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下位機看作一種設(shè)備,而不必關(guān)心具體的通訊協(xié)議，使用時只需要在組態(tài)王的設(shè)備庫中

10、選擇設(shè)備的類型完成安裝即可,使驅(qū)動程序的配置更加方便?！癒INGVIW6.0”軟件包由工程管理器、工程瀏覽器和畫面運行系統(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)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，即組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。工程瀏覽器和畫面運行系統(tǒng)是各自獨立的Windows應(yīng)用程序，均可單獨使用；兩者又相互依存，在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運行系統(tǒng)中才能運行。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程是：1)設(shè)計圖形界面；2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫；3)建立動畫連接；4)運行和調(diào)試。在用KINGVIEW畫面開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)

11、用程序時要依照此過程考慮四個方面：圖形。就是怎樣用抽象的圖像畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備。“KINGVIEW6.0”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成，同時支持畫面之間的圖形對象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。數(shù)據(jù)。怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性？也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性，數(shù)據(jù)庫是“KINGVIEW6.0”最核心的部分。在TOUCVEW運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，同時操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達現(xiàn)場，所有這一切都

12、是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量。變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用 的數(shù)據(jù)變量的詳細信息。動畫連接。所謂“動畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時，在畫面上以圖形對應(yīng)的動畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。這樣，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)當(dāng)它們變化時，先通過I/O借口，引起實時數(shù)據(jù)中變量的變化再通過“動畫”在畫面上反映出來。硬件接口。KINGVIEW軟件系統(tǒng)與最終用戶使用的具體的現(xiàn)場部件無關(guān)。對于不同的硬件設(shè)施，只需為組態(tài)王配置相應(yīng)

13、的通信驅(qū)動即可。根據(jù)電機的負載變化，試驗又分負載試驗、空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗等，在此系統(tǒng)設(shè)計中，由于時間有限，系統(tǒng)組態(tài)界面設(shè)計過程中主要設(shè)計了負載試驗、空載試驗和對應(yīng)參數(shù)的實時曲線界面。以下以建立主畫面為例，講述界面設(shè)計的過程。打開組態(tài)界面，新建工程，工程名為電機智能試驗系統(tǒng)（主畫面）。具體步驟如下：1)在工程管理器中選擇菜單“文件/新建工程”，或者點擊工具欄的“新建”按鈕，出現(xiàn)“新建工程向?qū)е弧睂υ捒颉?)單擊“下一步”按鈕，彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒颉?)單擊“瀏覽”按鈕，選擇所要新建的工程存儲的路徑。4)單擊“下一步”按鈕，彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒颍涸趯υ捒蛑休斎牍こ堂Q：“電機

14、智能試驗系統(tǒng)”在工程描述中輸入：“測試電機的性能”單擊“完成”。5)彈出對話框，選擇“是”按鈕，將新建工程設(shè)為組態(tài)王當(dāng)前工程。6)在菜單項中選擇“工具/切換到開發(fā)系統(tǒng)”，直接打開組態(tài)王工程瀏覽器，則進入工程瀏覽器畫面，此時組態(tài)王自動生成初始的數(shù)據(jù)文件。7)在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形結(jié)構(gòu)中選擇“畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”。工程瀏覽器將彈出“新畫面”對話框，然后在新畫面中首先進行頁面設(shè)置，如畫面位置、畫面風(fēng)格等。畫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鍵打開圖庫管理器，選擇你所要的圖素電壓互感器（若無，用戶可以自己根據(jù)自己的需要創(chuàng)建新的圖素），在工程畫面上單擊鼠標(biāo)，出

15、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?。空載試驗界面如圖4.1所示：負載試驗組態(tài)界面如圖4.2所示：實時趨勢曲線如下圖4.3所示：在本系統(tǒng)中，由于被測電機的容量可在一個較大范圍內(nèi)改變，測試的內(nèi)容也有空載和負載之分，因此電機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/手動兩種方式。并且手動方式中由于用戶的需要仍要求采用指針式儀表讀取試驗數(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)計的難點之一。在本系統(tǒng)中，電流仍通過電流互感器來測量?？紤]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中紅線框所示，