CN110223577A - 基于电力载波自组网的负荷投切实验系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统及其操作方法，包括核心控制器、核心电力载波器、学生机、移动电力载波器、单相AC220电源和若干台负荷投切实验台；所述核心控制器通过核心电力载波器连接到所述单相AC220电源；学生机通过移动电力载波器连接到所述单相AC220电源；每台负荷投切实验台直接与所述单相AC220电源连接；每台负荷投切实验台包括三相电动机和RLC负载器，该三相电动机和RLC负载器分别依次通过三相变频器、三相断路器和三相电力表后连接到单相转三相变压器；该单相转三相变压器连接到所述单相AC220电源；各所述三相变频器、三相断路器和三相电力表还分别通过电力载波器连接到所述单相AC220电源。本发明通过电力线路来实现实验台间的自组网。

Description

基于电力载波自组网的负荷投切实验系统及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种教学实验装置，尤其是一种电力系统的实验装置，具体的说是一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统及其操作方法。
背景技术
目前，强电类实验教学装置大多以三相三线交流电源供电，且都是单台独立运行。多台实验装置之间无法通过MODBUS协议相互通信，可扩展性较差。少部分能够实现以MODBUS协议相互通信的实验台，也都是通过有线通讯线路或无线数传电台方式实现。有线通讯线路方式需要大量的额外布线；无线数传电台的信号可能会受到干扰，导致不稳定。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统及其操作方法，可通过电力线路来实现实验台间的自组网，提高了扩展性和适应性。
本发明的技术方案是：
一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统，包括核心控制器、核心电力载波器、学生机、移动电力载波器、单相AC220电源和若干台负荷投切实验台；所述核心控制器通过核心电力载波器连接到所述单相AC220电源；学生机通过移动电力载波器连接到所述单相AC220电源；每台负荷投切实验台直接与所述单相AC220电源连接；每台负荷投切实验台包括三相电动机和RLC负载器，该三相电动机和RLC负载器分别依次通过三相变频器、三相断路器和三相电力表后连接到单相转三相变压器；该单相转三相变压器连接到所述单相AC220电源；各所述三相变频器、三相断路器和三相电力表还分别通过电力载波器连接到所述单相AC220电源。
进一步的，所述核心控制器和学生机分别通过RS485通讯线与对应的核心电力载波器相连。
进一步的，各所述三相变频器、三相断路器和三相电力表均设有RS485通讯接口，并通过RS485通讯线与电力载波器相连。
一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统的操作方法，包括以下步骤：
1）依次接通核心控制器和核心电力载波器的工作电源；该核心控制器根据MODBUS协议，通过核心电力载波器不间断地向电力线路上发送查询报文；
2）接通单相转三相变压器的工作电源，使三相电力表1、三相断路器1、三相变频器1、三相电动机、三相电力表2、三相断路器2、三相变频器2、RLC负载器依次通电工作；其中：三相电力表1、三相断路器1和三相变频器1连接三相电动机，三相电力表2、三相断路器2和三相变频器2连接RLC负载器；
3）依序分别接通电力载波器1至电力载波器6的电源；其中：电力载波器1连接三相电力表1，电力载波器2连接三相断路器1，电力载波器3连接三相变频器1，电力载波器4连接三相电力表2，电力载波器5连接三相断路器2，电力载波器6连接三相变频器2；
4)三相电力表1、三相断路器1、三相变频器1、三相电力表2、三相断路器2、三相变频器2顺序获得相应的RS485地址，使该实验台的模块组网完成；
5）学生机通过电力线直接对实验台中的电力表、断路器和变频器进行参数读取和控制，实现负荷的远程投切。
进一步的，所述步骤1）中，查询报文的发送频率为1Hz
本发明的有益效果：
（1）通过电力线路即可实现实验台的自组网，使组网更方便，提高扩展性。
（2）实验台采用单相电源供电，适应性强。
（3）教师改变实验台的启动顺序及实验台各电力载波器通电顺序，即可重新组建网络，使得实验具有不重复性。重新组网后，前一组学生的程序只能被后一组借鉴，但是无法直接执行，能够避免程序抄袭。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统，包括一台核心控制器、一台核心电力载波器、一台学生机、一台移动电力载波器、单相AC220电源和若干台负荷投切实验台。
其中：核心控制器可选用有RS485通讯接口的嵌入式工控机，型号任意；所述电力载波器型号均为PD220；单相转三相变压器型号为征西DZW；三相电力表型号为安科瑞PZ96L-E4/C；三相断路器型号为正泰NJL2-250Y；三相变频器型号为台达5FD022M43B；三相电动机型号为凯利达YE2；RLC负载器型号为研旭P5-RLC。学生机为1台笔记本电脑，型号任意。
每台负荷投切实验台直接与单相AC220电源连接，核心控制器通过核心电力载波器连接到单相AC220电源。学生机通过移动电力载波器连接到单相AC220电源。优选的，所述核心控制器和学生机分别通过RS485通讯线与对应的核心电力载波器相连。
在负荷投切实验台内部：三相电动机依次通过三相变频器1、三相断路器1、三相电力表1连接到单相转三相变压器的输出端；RLC负载器依次通过三相变频器2、三相断路器2、三相电力表2连接到单相转三相变压器的输出端；电力载波器1至电力载波器6的弱电端分别通过RS485接口连接到三相电力表1、三相断路器1、三相变频器1、三相电力表2、三相断路器2、三相变频器2的通讯口，其强电端连接到单相转三相变压器的输入端；其中：电力载波器1连接三相电力表1，电力载波器2连接三相断路器1，电力载波器3连接三相变频器1，电力载波器4连接三相电力表2，电力载波器5连接三相断路器2，电力载波器6连接三相变频器2。所述单相转三相变压器的输入端与单相AC220电源连接。
本发明一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统的操作方法，包括以下步骤
1）依次接通核心控制器和核心电力载波器的工作电源；核心控制器根据MODBUS协议，通过核心电力载波器不间断地向电力线路上发送查询报文，发送频率为1Hz；查询485总线上是否有地址为1的设备；如果总线上有地址为1的设备，该设备会自动回复；由于实验台内部电力载波器模块尚未开启，所以暂不会收到任何回复消息；
2）接通单相转三相变压器的工作电源，使三相电力表1、三相断路器1、三相变频器1、三相电动机、三相电力表2、三相断路器2、三相变频器2、RLC负载器依次通电工作；单相转三相变压器输入为单相220V，输出为三相380V；
3）依序分别接通电力载波器1至电力载波器6的电源；其中：电力载波器1连接三相电力表1，电力载波器2连接三相断路器1，电力载波器3连接三相变频器1，电力载波器4连接三相电力表2，电力载波器5连接三相断路器2，电力载波器6连接三相变频器2；各电力载波器接通的时间间隔大于2s，使前一个电力载波器完全初始化后才能接通后者电源；
4）、三相电力表1通过电力线进行通信，使核心控制器的查询报文立即被三相电力表1响应，然后，核心控制器发送指令，将三相电力表1的地址更改为2；依次类推，将其他模块：三相断路器1、三相变频器1、三相电力表2、三相断路器2和三相变频器2以相同方法的地址按照递增的方式依次更改为3、4、5、6、7；
5）第1台实验台的所有模块组网成功；学生机可以通过电力线直接对第1台实验台中的三相电力表、三相断路器和三相变频器进行参数读取和控制。通过发送控制指令，改变断路器的开合状态，即可实现三相电动机和RLC负载器的投入和切除。通过发送指令，改变三相变频器的频率，即可实现负荷功率的改变。其中的三相电动机和RLC负载器即为负荷，可供学生远程操作。
其他的实验台的接入方法与第1台相同，其中的模块地址依序增加为8、9、....等。
实验中途也可更改某一模块的地址，方法为：首先关闭该模块的电力载波器电源，然后长按模块复位按钮使模块复位，最后再接通电力载波器电源，即可自动重新按照递增的方式自动设置模块地址。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统，包括核心控制器、核心电力载波器、学生机、移动电力载波器、单相AC220电源和若干台负荷投切实验台；其特征是：所述核心控制器通过核心电力载波器连接到所述单相AC220电源；学生机通过移动电力载波器连接到所述单相AC220电源；每台负荷投切实验台直接与所述单相AC220电源连接；每台负荷投切实验台包括三相电动机和RLC负载器，该三相电动机和RLC负载器分别依次通过三相变频器、三相断路器和三相电力表后连接到单相转三相变压器；该单相转三相变压器连接到所述单相AC220电源；各所述三相变频器、三相断路器和三相电力表还分别通过电力载波器连接到所述单相AC220电源。
2.根据权利要求1所述的基于电力载波自组网的负荷投切实验系统，其特征是：所述核心控制器和学生机分别通过RS485通讯线与对应的核心电力载波器相连。
3.根据权利要求1所述的基于电力载波自组网的负荷投切实验系统，其特征是：各所述三相变频器、三相断路器和三相电力表均设有RS485通讯接口，并通过RS485通讯线与电力载波器相连。
4.一种基于电力载波自组网的负荷投切实验系统的操作方法，其特征是：包括以下步骤：
1）依次接通核心控制器和核心电力载波器的工作电源；该核心控制器根据MODBUS协议，通过核心电力载波器不间断地向电力线路上发送查询报文；
2）接通单相转三相变压器的工作电源，使三相电力表1、三相断路器1、三相变频器1、三相电动机、三相电力表2、三相断路器2、三相变频器2、RLC负载器依次通电工作；其中：三相电力表1、三相断路器1和三相变频器1连接三相电动机，三相电力表2、三相断路器2和三相变频器2连接RLC负载器；
3）依序分别接通电力载波器1至电力载波器6的电源；其中：电力载波器1连接三相电力表1，电力载波器2连接三相断路器1，电力载波器3连接三相变频器1，电力载波器4连接三相电力表2，电力载波器5连接三相断路器2，电力载波器6连接三相变频器2；
4) 三相电力表1、三相断路器1、三相变频器1、、三相电力表2、三相断路器2、三相变频器2顺序获得相应的RS485地址，使该实验台的模块组网完成；
5）学生机通过电力线直接对实验台中的电力表、断路器和变频器进行参数读取和控制，实现负荷的远程投切。
5.根据权利要求4所述的基于电力载波自组网的负荷投切实验系统的操作方法，其特征是：所述步骤1）中，查询报文的发送频率为1Hz。
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