CN105137254A - 基于plc与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统 - Google Patents

Abstract

基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，属于变压器自动检测领域。解决了现有变压器自动检测系统自动化水平低的问题。它包括PLC控制系统、电机驱动单元、调压器、中间变压器、电压互感器组、电流互感器组、电力参数采集分析单元和多路一体化温度变送器；调压器用于调节中间变压器的电压变化，中间变压器用于给被试变压器提供电流，电流互感器组用于采集中间变压器与被试变压器间的交流电流信号，并将采集的交流电流信号一路反馈至PLC控制系统，另一路送至电力参数采集分析单元；PLC控制系统用于电压及电流互感器组的自动切换控制、连续调压自动控制、数据采点自动控制、手动操作控制及连锁报警控制。主要应用在变压器上。

Description

基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统

技术领域

本发明属于变压器自动检测领域。

背景技术

潜油电泵专用变压器在参数检测时，早期的参数测量采用手动操作、人工读数的方法。该测试方法测试的效率低、速度慢、测量结果准确度低。因此，传统的手动测试方法不能满足变压器参数测试的需求，需要设计一套自动化的潜油电泵专用变压器参数测试系统。

随着电力变压器技术的发展，上世纪40年代，德国、美国、苏联均建立了电力变压器测试标准；70年代，日本开始研究基于微机的变压器参数测试系统；80年代后期，美国和日本均设计与开发出了功能较为完善的变压器微机自动测试系统；90年代末期，美国、日本、德国等发达国家在电力变压器的自动测试系统研究方面进入到了实际生产应用阶段。该时期国内对变压器的自动参数测试系统研究尚处于理论研究与局部应用阶段。

国内从上世纪80年代开始，利用手动技术对电力变压器的各项参数进行测试与计量，该阶段，测试效率低下，速度慢，测试精度低、管理困难。90年代中期，哈尔滨理工大学利用8098单片机和AST-286微机系统设计了一套电力变压器综合测试系统，该系统在大庆油田变压器试验中心顺利试用，效果良好。90年代末期，西北电力试验研究院联合渭河发电有限责任公司发了一套电力变压器参数测试系统。2000年后，华南理工大学，山东电力大学、广州电力公司、大庆石油管理局供电公司、北京电力研究中心等均对通用的电力变压器自动参数测试系统进行了深入的研究。取得了较好的研究成果，测试系统功能较为齐全，但也存在成本过高、对复杂试验数据处理和报表输出需要人工干预等问题，实际应用效果与国外相比尚有差距，故设计基于PLC与嵌入式技术的潜油电泵专用变压器自动检测系统，以提高试验检测系统的智能化和自动化水平。

发明内容

本发明是为了解决现有变压器自动检测系统自动化水平低的问题，本发明提供了一种基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统。

基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，它包括PLC控制系统、电机驱动单元、调压器、中间变压器、电压互感器组、电流互感器组、电力参数采集分析单元和多路一体化温度变送器；

PLC控制系统通过电机驱动单元控制调压器，调压器用于调节中间变压器的电压变化，中间变压器用于给被试变压器提供电流，电流互感器组用于采集中间变压器与被试变压器间的交流电流信号，并将采集的交流电流信号一路反馈至PLC控制系统，另一路送至电力参数采集分析单元；

电压互感器组用于采集中间变压器输出的交流电压信号和被试变压器输出的交流电压信号，并将采集的中间变压器输出的交流电压信号反馈至PLC控制系统，将采集的被试变压器输出的交流电压信号送至电力参数采集分析单元，

电力参数采集分析单元用于对接收的交流电流和交流电压信号进行分析处理，并将获得电流模拟信号和电压模拟信号送至PLC控制系统，

多路一体化温度变送器用于采集被试变压器的温度信号，并将采集的温度信号送至PLC控制系统，

PLC控制系统用于电压及电流互感器组的自动切换控制、连续调压自动控制、数据采点自动控制、手动操作控制及连锁报警控制。

所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，它还包括嵌入式系统智能终端，嵌入式系统智能终端通过485总线与PLC控制系统进行通信，并用于对电力参数及多路温度的集中监视、试验项目的选择及参数输入、试验结果的分析处理及试验结果报告的管理及打印，

嵌入式系统智能终端还用于通过485总线接收电力参数采集分析单元的测量和分析数据。

所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，它还包括打印机，打印机用于打印嵌入式系统智能终端形成的试验结果报告。

所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，它还包括报警单元，报警单元用于接收PLC控制系统输出的报警控制信号，并进行报警。

所述的嵌入式系统智能终端内部嵌入有系统控制软件模块、硬件设备接口软件模块和数据库管理软件模块，

系统控制软件模块用于监视和控制自动化设备，

硬件设备接口软件模块用于与自动化设备进行数据交换，

数据库管理软件模块用于管理系统试验检测数据。

所述的PLC控制系统、电机驱动单元、调压器、中间变压器、电压互感器组、电流互感器组、电力参数采集分析单元和多路一体化温度变送器封装在同一控制柜中。

本发明依据国家标准(GB/T16750.3)对于潜油电泵机组中电力变压器的工作要求，设计出基于PLC与嵌入式技术的潜油用变压器自动检测系统。所设计的自动检测系统针对电动潜油泵专用变压器(容量为35～350KVA，初级电压为6～6.3KV，次级电压为380V～3KV)，采用自动的方法，进行空载、负载、温升试验及感应耐压试验等常规试验，还可以对变压器的其它性能参数指标进行分析和自动诊断功能。实现和完成基于PLC与嵌入式技术的潜油用变压器自动检测系统设计。

所设计的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统其主要技术指标如表1所示：

表1变压器自动检测系统主要技术指标

本发明所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统具有以下三个方面的实施效果：

1、采用集散型式的网络结构

系统采用上、下位机的集散控制结构，其间只需要通过一条485总线连接。该系统在进行变压器各项试验过程中，下位机设计的PLC控制系统主要完成如下任务：

(1)电压及电流互感器的自动切换控制

(2)连续调压自动控制

(3)数据采点自动控制

(4)手动操作控制及连锁报警控制

上位机设计的嵌入式系统智能终端主要完成如下任务：

(1)电力参数及多路温度的集中监视

(2)试验项目的选择及参数输入

(3)试验结果的分析及处理

(4)试验结果报告的管理及打印

2、采用高性能、高精度的采集单元

系统采用先进的多功能电力参数采集分析单元来测量、记录所有的试验所需的电参量，包括：电压、电流、频率、有功、无功、视在功率、功率因数及频率，其还具有谐波分析和波形记录等功能，采集分析单元具有模拟量输出口，将电压和电流测量值输出给PLC控制系统；同时其还通过其具有的RS-485接口将测量和分析数据传送给嵌入式系统智能终端。

系统还采用了一体化的温度采集单元，其信号输出给PLC控制系统。

3、系统布线简洁、性能稳定且易于维护

由于除中心控制台外的所有设备都被放置在现场的控制柜中，嵌入式系统智能终端只需通过一根2芯的485总线就可以和它们连接。所以大大缩短了动力线缆、控制电缆及信号线缆的走线距离，不仅避免了测量信号的被干扰，而且还减少了系统的不可靠因素，使得控制系统稳定且便于维护。

综上，本发明提高了现有变压器自动检测系统自动化水平。

附图说明

图1为本发明所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统的原理示意图；

图2为被测变压器空载/负载试验流程图；

图3被测变压器温升试验流程图；

图4被测变压器感应耐压试验流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，它包括PLC控制系统1、电机驱动单元2、调压器3、中间变压器4、电压互感器组5、电流互感器组6、电力参数采集分析单元7和多路一体化温度变送器8；

PLC控制系统1通过电机驱动单元2控制调压器3，调压器3用于调节中间变压器4的电压变化，中间变压器4用于给被试变压器11提供电流，电流互感器组6用于采集中间变压器4与被试变压器11间的交流电流信号，并将采集的交流电流信号一路反馈至PLC控制系统1，另一路送至电力参数采集分析单元7；

电压互感器组5用于采集中间变压器4输出的交流电压信号和被试变压器11输出的交流电压信号，并将采集的中间变压器4输出的交流电压信号反馈至PLC控制系统1，将采集的被试变压器11输出的交流电压信号送至电力参数采集分析单元7，

电力参数采集分析单元7用于对接收的交流电流和交流电压信号进行分析处理，并将获得电流模拟信号和电压模拟信号送至PLC控制系统1，

多路一体化温度变送器8用于采集被试变压器11的温度信号，并将采集的温度信号送至PLC控制系统1，

PLC控制系统1用于电压及电流互感器组的自动切换控制、连续调压自动控制、数据采点自动控制、手动操作控制及连锁报警控制。

本实施方式，PLC控制系统1采用OMRON型号为C200Ha的PLC作为控制器，电力参数采集利用Futura+的CPU1000分析模块作为电力参数采集分析单元7，温度巡检采集部分利用LTM8201温度采集模块作为多路一体化温度变送器8。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统的区别在于，它还包括嵌入式系统智能终端9，嵌入式系统智能终端9通过485总线与PLC控制系统1进行通信，并用于对电力参数及多路温度的集中监视、试验项目的选择及参数输入、试验结果的分析处理及试验结果报告的管理及打印，

嵌入式系统智能终端9还用于通过485总线接收电力参数采集分析单元7的测量和分析数据。

本实施方式中，试验现场与中心控制台两者之间通过一条485总线通讯相连，进行数据的传送与交换。由此两者结合所设计的控制软件形成一套完善的变压器自动检测系统。

具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统的区别在于，它还包括打印机10，打印机10用于打印嵌入式系统智能终端9形成的试验结果报告。

本实施方式，对于中心控制台部分，其主要由嵌入式系统智能终端9和打印机10组成。嵌入式系统智能终端作为控制终端9，实现自动检测系统的人机交互功能，运行软件为自主开发设计的控制软件；打印机用于数据的报表处理与输出。

具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统的区别在于，它还包括报警单元12，报警单元12用于接收PLC控制系统1输出的报警控制信号，并进行报警。

具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统的区别在于，所述的嵌入式系统智能终端9内部嵌入有系统控制软件模块、硬件设备接口软件模块和数据库管理软件模块，

系统控制软件模块用于监视和控制自动化设备，

硬件设备接口软件模块用于与自动化设备进行数据交换，

数据库管理软件模块用于管理系统试验检测数据。

本实施方式中，自动检测系统的嵌入式系统智能终端软件主要由系统控制软件、硬件设备接口软件、数据库软件等组成。操作系统为WINCE6.0，软件要求智能终端配置为：ARM11处理器作为主CPU、运行内存2G、FLASH为16G、触屏分辨率800×600。

系统控制软件模块中，PLC通讯接口驱动软件应用的是FinsGateWay，其是OMRON系列PLC的通讯接口驱动软件，其主要用于设置和管理与PLC进行通讯的设备。

SysmacOPCServer是OMRONPLC设备的专用OPC服务软件，其主要起到系统软件与PLC设备之间的数据标定和传递功能。

ModBusExplorer是与电力监测分析单元CPU1000的专用OPC服务软件，其主要起到系统软件与该设备之间的数据标定和传递功能。

数据库管理软件模块选用的是微软的MicrosoftAccess数据库软件，主要用于系统试验检测数据的管理。

系统控制软件模块主要用来监视和控制自动化设备，可以完成的主要功能有：

监视并控制检测系统中调压器、发电机组、供电开关的工作状态，

监视并控制电压互感器量程、电流互感器量程及工/中频电源切换开关的切换，

监视回路上的主要电力参数，

监视关键仪表的测量结果。

具体实施方式六：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统的区别在于，所述的PLC控制系统1、电机驱动单元2、调压器3、中间变压器4、电压互感器组5、电流互感器组6、电力参数采集分析单元7和多路一体化温度变送器8封装在同一控制柜中。

本发明所述基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统依据国家电动潜油泵质量监督检验中心《电动潜油电泵专用变压器、电力变压器质量检验实施细则》对其进行设计和试验。

依据设计的主要功能，系统软件共能完成变压器的空载、负载、温升和感应耐压四个自动检测试验，在试验前，需做好以下工作：

根据被检变压器标牌参数，设定适当的电压互感器量程及电流互感器量程

设置试验工作电源——对于空载试验、负载试验和温升试验，应“切换到工频”；对于感应耐压试验，应“切换到中频”；

确认现场高压隔离开关闭合后，接通高压隔离开关，以上设定核实无误后，接通试验电源。对于感应耐压试验，则启动发电机组。

在做好准备工作的基础上，即可对变压器进行空载、负载、温升和感应耐压实验。

对测试变压器进行空载、负载、温升和感应耐压实验：

1、变压器空载/负载试验

如图2所示，按照流程对变压器进行空载/负载自动检测试验。开始试验过程中，输入的试验参数主要有：变压器名称，变压器编号，检验编号，低压绕组额定电压，低压绕组额定容量，高压绕组额定电压，高压绕组额定容量，互感器量程等；输入参数无误后，进行正常升压，开始阶段性试验升压，在升压过程中，如出现异常，可进入异常减压进行处理，通过快速降压，然后可退出或重新开始试验；待升压完成后，自动进行试验数据处理，并弹出试验结果显示窗口，在试验结果中，保存试验参数及数据结果，进行自动降压过程；待降压结束后，即可结束空载/负载试验。

2、温升试验

如图3所示，按照流程对变压器进行温升自动检测试验。开始试验过程中，输入的试验参数主要有：变压器名称，变压器编号，检验编号，高压绕组额定电压，高压绕组额定电流，实测空载损耗值，参考负载损耗值，高压绕组冷态电阻/冷态温度，中压绕组冷态电阻/冷态温度，互感器量程等。输入参数无误后，进行正常升压，开始阶段性试验升压，在升压过程中，如出现异常，可进入异常减压进行处理，通过快速降压，然后可退出或重新开始试验。升压过程中，分3个阶段进行：第1阶段，快速升温过程，在1.5倍的额定电流下持续约1小时；第2阶段，温升监测纪录过程，在变压器的输入功率保持在最大总损耗下运行，直至满足在3小时内每小时的温升不超过1℃为止。此过程中每隔15分钟自动记录一次电力参数及温度参数；第3阶段，恒电流过程，在额定电流下运行1小时，并每隔15分钟自动记录一次电力参数及温度参数。然后切断电源，快速测量变压器绕组电阻。要求在断电3分钟内测出第一点电阻值，然后每隔60秒测量一次，连续测10次，最后间隔10分钟补充测量一个参考点，记录测量每一点的时间。测试过程结束后，进行温升试验数据处理，输入实测得到的热态电阻及测量时间，自动计算得出温升试验结果，保存试验参数及数据结果，结束温升试验。

3、感应耐压试验

如图4所示，按照流程对变压器进行感应耐压试验。开始试验过程中，输入的试验参数主要有：变压器名称，变压器编号，检验编号，低压绕组额定电压，感应耐压试验三个试验阶段的时间等；然后启动发动机组，待运行稳定后，开始耐压试验，进行正常升压，开始阶段性试验升压，在升压过程中，如出现异常，可进入异常减压进行处理，通过快速降压，然后可退出或重新开始试验。升压过程中，分3个阶段进行：第1阶段，在约25秒钟的时间内，快速升压到1.4倍的额定电压；第2阶段，在约10秒钟的时间内，快速升压到2倍的额定电压；第3阶段，在2倍的额定电压下运行约40秒钟，在此期间并每隔4秒自动记录一次电力参数值，并注意观察变压器状态及所显示的电力参数的是否有异常变化。上述3个阶段完成后，自动降压并保存试验数据，结束感应耐压试验。

Claims (6)

1.基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，其特征在于，它包括PLC控制系统(1)、电机驱动单元(2)、调压器(3)、中间变压器(4)、电压互感器组(5)、电流互感器组(6)、电力参数采集分析单元(7)和多路一体化温度变送器(8)；

PLC控制系统(1)通过电机驱动单元(2)控制调压器(3)，调压器(3)用于调节中间变压器(4)的电压变化，中间变压器(4)用于给被试变压器(11)提供电流，电流互感器组(6)用于采集中间变压器(4)与被试变压器(11)间的交流电流信号，并将采集的交流电流信号一路反馈至PLC控制系统(1)，另一路送至电力参数采集分析单元(7)；

电压互感器组(5)用于采集中间变压器(4)输出的交流电压信号和被试变压器(11)输出的交流电压信号，并将采集的中间变压器(4)输出的交流电压信号反馈至PLC控制系统(1)，将采集的被试变压器(11)输出的交流电压信号送至电力参数采集分析单元(7)，

电力参数采集分析单元(7)用于对接收的交流电流和交流电压信号进行分析处理，并将获得电流模拟信号和电压模拟信号送至PLC控制系统(1)，

多路一体化温度变送器(8)用于采集被试变压器(11)的温度信号，并将采集的温度信号送至PLC控制系统(1)，

PLC控制系统(1)用于电压及电流互感器组的自动切换控制、连续调压自动控制、数据采点自动控制、手动操作控制及连锁报警控制。

2.根据权利要求1所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，其特征在于，它还包括嵌入式系统智能终端(9)，嵌入式系统智能终端(9)通过485总线与PLC控制系统(1)进行通信，并用于对电力参数及多路温度的集中监视、试验项目的选择及参数输入、试验结果的分析处理及试验结果报告的管理及打印，

嵌入式系统智能终端(9)还用于通过485总线接收电力参数采集分析单元(7)的测量和分析数据。

3.根据权利要求1所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，其特征在于，它还包括打印机(10)，打印机(10)用于打印嵌入式系统智能终端(9)形成的试验结果报告。

4.根据权利要求1所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，其特征在于，它还包括报警单元(12)，报警单元(12)用于接收PLC控制系统(1)输出的报警控制信号，并进行报警。

5.根据权利要求2所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，其特征在于，所述的嵌入式系统智能终端(9)内部嵌入有系统控制软件模块、硬件设备接口软件模块和数据库管理软件模块，

系统控制软件模块用于监视和控制自动化设备，

硬件设备接口软件模块用于与自动化设备进行数据交换，

数据库管理软件模块用于管理系统试验检测数据。

6.根据权利要求1所述的基于PLC与嵌入式系统的潜油用变压器自动检测系统，其特征在于，所述的PLC控制系统(1)、电机驱动单元(2)、调压器(3)、中间变压器(4)、电压互感器组(5)、电流互感器组(6)、电力参数采集分析单元(7)和多路一体化温度变送器(8)封装在同一控制柜中。