基于力控的智能型低压断路器控制器自动检测系统设计

《工业控制计算机》2009年22卷第6期
基于力控的智能型低压断路器控制器自动检测系统设计
杨磊金燕华佰华东（杭州之江开关股份有限公司（杭申控股集团有限公司），浙江杭州311234）
当前生产单位对于低压断路器智能控制器（以下简称控制器）的产品测试，多数还只停留在手工操作的阶段。

由操作工通过模拟信号台给控制器手工输入电压信号，控制器将电压信号模拟成电流信号，开始过载保护计时。

计时时间由外部计时器来记录，在进行下一次计时前由操作人员手工复位，并在调试记录卡上记录数据。

这样的操作流程大大降低了产品的检测速度，光用信号台加模拟信号一项，就要耗费大量的时间在调整微小的信号值上，同时信号的精度也得不到保证，严重影响了控制器的测试效率和准确度。

1系统介绍
1．1系统的监控要求
本自动化监控系统应满足如下条件：①信号采集：信号采集包括控制器脱扣信号和复位信号的采集、处理以及转换运算。

②监控操作：包括操作控制；参数设定；电磁阀的控制；联锁动作等。

③动态显示：动态操作显示，能区分不同的测试项目，显示测试过程等。

④操作画面：通过操作画面设置与管理控制器相关参数，打印实时和历史报表。

⑤系统具备可扩展性。

1．2系统的组成
测试系统的硬件结构主要分为三大部分。

上位机采用一台工业控制计算机，信号控制部分选用带数字信号和模拟信号的多功能卡，外部控制器电路则整合在一个电控箱中来实现，系统硬件构成如图1。

图1系统硬件框图
上位机的作用是提供一个人机交互界面，是系统软件的运行平台。

操作人员可以通过CRT和模拟屏直观地了解现场各工艺参数及故障报警，根据生产需要发出相应的控制指令。

另外可以使用大容量存储器记录历史数据，为提高生产效率制定新的生产方案提供可靠的依据。

控制核心采用了一块带有模拟量输出功能和数字量输入输出功能的多功能PCI板卡，测试控制器所需的电压信号由板卡的模拟量通道来输出，控制器的脱扣、复位以及系统涉及到的电源选择等数字量信号则是由板卡的数字量输入输出通道来实现。

电控箱内主要包括继电器模块，用于切换控制器电源类型；小型电源转换模块，用于将交流220V转换为交流17V或者直流24V，提供测试电源。

系统采用了力控技术，以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。

在过程监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，降低运作成本，提高生产效率，加快市场反应速度。

2系统软件设计
2．1力控ForceControl的软件功能简介
2．1．1画面制作
ForceControl提供了直观的全中文图形工具，可视化的开发环境，可方便地创建各种复杂界面和逼真的动画效果。

用户不必经过专门培训即可随时根据需要修改画面内容。

同时Force-Control是一个ActiveX容器，可以使用第三方厂家开发的Ac-tiveX控件，加入到画面中。

2．1．2实时数据库
ForceControl实时数据库是整个系统数据处理的核心，它提供的基于Windows浏览器风格的数据库浏览窗口，可直观地查询并在线修改数据库中的数据内容；基于OLE技术的开放的函数接口（API）使您能利用各种常用开发工具（如：VC＋＋、VB 等）进行更深层次的开发应用。

先进的数据压缩技术保障历史数据可以存放1年以上。

2．1．3报警
ForceControl的报警系统可处理限值报警、偏差报警、变化
Intelligence Type Low－voltage Circult－breaker Controller Based on ForceControl Software
摘要
针对智能型低压断路器控制器手工检测现状，设计了一种基于力控技术的自动检测系统，介绍了系统的结构、硬件和软件的实现。

实际生产过程表明，该系统性能优良，提高了控制器检测的效率。

关键词：力控组态软件，检测系统，智能控制器，低压断路器
Abstract
For the handcraft test actuality of intelligence type low－voltage circult－breaker controller,a Automatic detection System based on ForceControl technology was presented,introduction was made to the realization of structure,hardware and soft-ware．production process shows that the system has good performance to improve the efficiency of controller－test．Keywords:forceControl software,detection system,intelligence controller,low－voltage circult－breaker
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基于力控的智能型低压断路器控制器自动检测系统设计
率报警、录入超时报警等多种类型的报警，并具备报警优先级管理；可按区域或单条记录进行报警确认，能够方便地查询报警历史。

2．1．4报表
ForceControl 具有内嵌报表，同时也可通过DDE 方式使用Excel 形成报表。

根据不同要求可以打印班报表、日报表。

2．1．5网络
ForceControl 的网络服务程序基于TIP ／IP 协议，采用“Peer to Peer ”和Client ／Server 相结合的分布式体系结构，支
持实时数据共享和分布式数据库，易于扩展。

2．1．6I ／O 驱动
ForceControl 拥有丰富的驱动程序，支持多种硬件设备和通讯协议，支持动态数据交换（DDE ）技术的通讯驱动程序，全面支持OPC （OLE for Process Control ）标准驱动程序。

一台运行力控ForceControl 的计算机可同时连接多种I ／O 设备2．2系统软件功能模块
力控ForceControl 监控系统软件具有全中文显示，界面友
好，易操作的特点。

根据监测、观察和维护的需要，在每个画面中都设置了按钮，通过鼠标点击可进入相应画面，操作人员根据维护系统的实际需要可进入各个画面进行监护和操作。

控制器测试软件系统按执行功能不同大致可以分为6个模块：控制器参数设置模块、长延时保护测试模块、短延时保护测试模块、瞬时保护测试模块、接地保护测试模块、测试结果汇总模块。

图2为功能模块结构图。

2．2．1控制器参数设置模块
控制器参数设置模块是系统最先执行的功能模块，用户必须在此处选择控制器规格、控制器额定电流、控制器工作电源和产品编号，相关参数设置完成后才能进入到后面的测试步骤。

2．2．2保护测试模块
长延时、短延时、瞬时、接地四个功能模块的测试步骤和原理都比较相似，在进入相应的模块后，都需要用户先设置试验电流值，除瞬时外还要设置控制器保护整定时间后才能开始测试。

系统先根据一定的变比将试验电流值转换为电压值，这个电压值将作为控制器测试需要的交流信号的有效值被传入到力控与板卡的接口程序中。

由于本系统选用的板卡不能直接输出交流信号，所以在接口程序中调用了一个正弦波输出函数，以上面得到的有效值为基础将电压值转换为正弦波上的点，再由板卡自带的输出函数把每个点对应的电压值输出，从而达到模拟控制器需要的交流效果。

四个功能模块的测试项目则有所区别，以本系统功能需求为前提，测试项目应包括长延时三相不脱扣测试、长延时单相过载脱扣测试；短延时三相不脱扣测试、短延时单相过载脱扣测试；瞬时三相不脱扣测试、瞬时单相过载脱扣测试；接地单相不脱扣测试、接地单相过载脱扣测试。

2．2．3测试结果汇总模块
在保护测试模块中所有的测试结果都会显示在本功能模块中，系统以报表的形式将测试结果列举了出来，使用户一目了
然。

用户可以根据需求对报表进行查询、存档，打印等操作。

2．2．4主要程序流程说明
进入程序后首先是初始化多功能卡，由力控与板卡的接口程序来完成，接下去进行参数设定，需要设置的参数包括控制器框数，控制器额定电流值，这两项参数用来确定控制器的互感器变比和额定电流，程序计算出输入控制器的模拟量有效值后，将数值传输到模拟量输出卡上，由模拟量输出卡输出模拟信号。

另外还要选择控制器当前的工作电源类型，由DIO 信号控制相应的继电器来切换电源。

长延时、短延时、瞬时和接地四项功能测试，系统对每一项测试都提供了相应的测试界面，在界面中可以选择常规的试验电流值，也可以自定义输入试验电流值，系统将试验电流转换为模拟信号输入到控制器中，从而对控制器的保护特性进行测试，判定控制器是否合格。

结果查询包含了当前测试控制器的所有测试参数以及测试结果，包括产品编号、测试项目、信号值、动作时间等，用户根据查询结果来判断控制器是否符合出厂要求。

图3为系统程序流程图。

图3
程序流程图
3系统维护
本系统与现场连接时，不要带电作业。

在确认现场工作器件
没有问题的条件下，方可启动系统，工控柜应设计成防磁、防静电，以减小对系统干扰，提高系统的精确度和可靠性。

4结束语
该系统实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查
询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。

系统具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。

通过以上设计可使，大大降低了工人的劳动强度，提高了管理水平。

该项设计为控制器测试自动化设计提供了极好的物质参考。

参考文献
［1］北京三维力控科技有限公司．力控用户手册［K ］，1999［2］杭州之江开关股份有限公司．元器件产品集萃［K ］，2007
［3］曾庆波．监控组态软件及其应用技术［M ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出
版社，2005
［4］张运刚，宋小春，郭武强．从入门到精通———工业组态技术与应用
［M ］．北京：人民邮电出版社，2008
［收稿日期：2009．2．13］
图2
功能模块结构图
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