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摘要：传统绝缘靴手套耐压试验系统存在功能简单，高压泄漏电流测试困难等问题，改造设计基于PLC平台的耐压试验系统，利用PLC平台系统的高性能、接线简单、编程简单、组态设计易于更改、抗干扰能力强、自诊断功能等特点进行耐压产品升级换代设计，获得完善可靠及功能可扩展的控制、采集、保护和分析于一体的改造新产品。系统具备自诊断、高压电流无线传输和高压分断脱扣等独创功能。
关键词：绝缘手套耐压测试系统；可编程逻辑控制器PLC；组态软件
引言
绝缘介电强度试验是确认电气设备的绝缘可靠性的试验，加上比额定电压高的电压来进行试验。介电强度试验分为耐压试验和击穿电压试验两类。绝缘靴手套耐压测试属于耐压试验范畴，需要试验系统能够在高压测试条件下，对高压泄漏电流进行精确检测和过流脱扣控制。同时，本套耐压试验装置可用于对各种电器产品、电气元件、绝缘材料等进行规定电压下的绝缘介电强度试验，以考核产品的绝缘水平，发现被试品的绝缘缺陷，衡量过电压的能力。可广泛应用于电工制造部门、电力运行部门、科研单位和高等院校。
1.新产品改造方案
1.1试验装置组成及需求
试验系统如图1所示，由控制台、调压器、高压试验变压器、无线电动球隙、分压器、无线智能微安表等组成。试验系统的主回路为接触式调压器、试验变压器和保护装置，控制线路为继电器、接触器和驱动电机所组成的继电控制系统，实现操作顺序和升降压速度变化、升降压过程等程序化智能控制的功能，对PLC的功能需求为：开关量逻辑控制、步进电机控制、电压电流变送器信号采集、HMI组态屏设计、升压及耐压过程控制、定时计数处理、无线微安表组网通信等。
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图1 耐压试验设备组成图
1.2方案技术平台
本方案的技术平台为PLC可编程逻辑控制器控制系统。分项设计如下：
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图2 总体硬件架构图
温度信号接入：1路热电偶传感器；
检测输入信号接入：1路零位行程开关、1路满位行程开关、1路门联锁开关、1路复位信号；
电压信号接入：1路调压器驱动电压检测、1路试验变压器反馈高压电压信号；
电流信号接入：1路调压器驱动电流检测、1路试验变压器反馈高压电流信号；
信号处理电路：2路交流电压信号调理电路，2路交流电流信号调理电路，转换为标准模拟信号（0～10V）；
客户端扩展：1块ARM功能模块，根据实际客户的需求，扩展打印、数据存储、数据通信、同屏控制等高级应用功能；
组态屏交互：1块组态屏，完成动作面板和监视面板的功能；
指示器输出：1路报警蜂鸣器、1路报警灯；
驱动器：1块步进电机驱动器，涉及高速输出接口1个、低速输出口2个；
调压步进电机：利用步进电机改变调压器碳刷的移动，实现调速和调角度；
执行器：1路接触器，通断高压输出。
2.系统设计
2.1PLC选型设计
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程，可编程控制器及其有关外部设备，都按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
鉴于现有智能耐压的主回路为接触式调压器、试验变压器和保护装置，控制线路为继电器、接触器和驱动电机所组成的继电控制系统，实现操作顺序和升降压速度变化、升降压过程等程序化智能控制，以单片机平台的工频耐压控制系统具有编程复杂、质保要求高、抗干扰能力差的弱点。针对上述情况，本系统以PLC可编程控制器平台开发为主控制，控制高电压的发生和保护、采用单片机平台的表头模组形式，采集系统的电压、电流，其实现的手段会有很大的不同，重新设计的功能达到与手动控制系统并行使用的新型工频耐压控制系统要求。
选型要求PLC具有小型化、高性能的要求，选择整体三菱FX1N系列PLC，由于原装三菱PLC的性价比差、特殊功能都需要扩展，结合性价比和功能考虑，选用国产UN10系列PLC。
2.2人机界面选型设计
为了更好实现人机交互，本次改造新产品方案以触摸屏，选择维纶通品牌的TK6070i触摸组态屏，其小巧方便，通信简单，功能完备，软件设计简单易学，很适合中小型系统集成，通过触摸组态屏，将把系统所需要控制的内容，编写成相应的程序，最终在触摸组态屏的界面上显示出来。这样，不但大大提高了操作的方便性，而且能够显著提高PLC的工作效率。
3.系统软件设计
设计控制回路功能软件包括：工作方式设定、动作顺序控制、耐压时间设定、调压器位置检测与报警、试验电路过电流保护等。利用组态屏制作界面，配合PLC硬件控制系统实现了操控和监视试验过程的功能。
3.1组态屏软件设计
HMI程序的主要功能为处理人机交互、同屏控制转换器、接收使用者的按键操作、使用宏函数处理自有协议数据的串口收发、数据处理及PLC操作。利用威纶科技的EasyBuilder8000 V4.66进行组态界面开发，需求对用户操作界面的具体规划和设计，界面设计效果图如下。
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图3 HMI界面风格图
整体区域分为：窗口页眉标题、低压测量参数、工作灯指示、高压测量参数显示、参数设置显示、工作信息提示和触控操作区。
3.2PLC软件设计
PLC程序完成二次电路的协调控制工作，完成具体的试验过程控制。软件设计工作包括：PLC软元件的规划以及用梯形图过程控制。设计低压电压采集、低压电流采集、高压电压采集、测试点泄漏电流无线采集、计时控制、顺序控制、组态屏控制和步进电机驱动。具体的设计功能包括：
1）根据用户要求能够自动进行工频交流耐压试验；
2）全局监视主要元器件（零位、满位等）的瞬时状态，升压前能够自动检查调压器是否在零位；
3）升压过程中能够自动显示此时的升压速率，试品电压，电流的瞬时值等。
4.结论
该试验装置还可与智能高压毫安表无线组网，构成辅助安全工器具综合试验成套装置，精确测量多路高压泄漏电流，同时，一次可以同时进行10只试品的试验，为避免重复试验，独特采用高压分断技术，试验过程中可以将击穿的试品脱离高压试验系统，没有击穿的试品继续试验直到完成试验，极大提高试验工作的效率。专用于绝缘靴和绝缘手套等电力系统操作和检修必备的安全防护用具，DL/T 408《电业安全工作规程》规定了绝缘靴及绝缘手套等常用安全工器具的试验方法和周期。绝缘靴及绝缘手套耐压试验，周期为半年，试验过程中不允许击穿，同时绝缘靴泄漏电流不大于限定值。
基于PLC的绝缘手套耐压试验系统，故障率明显降低，维护成本也随之降低，运行速度和生产效率得到一定程度的提高，经长期运行，状态稳定。该类产品必将获得可观的经济效益和社会效益。
参考文献：
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