CN112946381A - 一种无人值守老化箱及其智能监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人值守的老化箱，包括主控板、云平台、PLC一体机、断电监测模块；云平台与主控板4G模组相连；PLC一体机与主控板通过串口相连；断电监测模块与主控板IO口相连；本发明还公开了一种无人值守的老化箱的智能监测方法，当温度低于T‑5℃时，平台触发温度超低限报警，当温度高于T+5℃时，平台触发温度超高限报警。本发明从三个方面体现出无人值守老化箱的优势：1、对系统电源的工作状态经行了智能监控；2、对实时数据上传云平台，可实时查看，可解放人的长时间监测；3、通过工作时老化箱温度的超限报警，从而实现了对老化箱工作状态的监控。

Description

一种无人值守老化箱及其智能监测方法

技术领域

本发明涉及电线电缆老化试验装备技术领域，尤其涉及一种能够监测电源状态、数据上传云平台、数据超限报警推送的一种无人值守老化箱及其智能监测方法。

背景技术

电线电缆老化箱，用来试验电线电缆绝缘体或被覆之橡胶试片，以比较试片老化前与老化后之抗拉强度及伸长率。随着房地产行业的快速发展，带动电力工业的高速发展，电力已经成为工业生产、人民生活不可缺少的重要部分，随之带来了电线电缆的广泛需求，电线电缆的安全性能和寿命，直接影响到电力行业的正常运行。为了对电线电缆的可靠性进行控制，在国家的行业标准中对电线电缆的热老化性能试验做出了详细要求，其中包括试验模拟恶劣环境而使用到的老化试验箱的各项主要参数，如老化试验箱的温度、换气量和工作空间。

JB/T 4278.6-2011《橡皮塑料电线电缆试验仪器设备检验方法第6 部分：自然通风热老化试验箱》。依据这个标准，国内很多厂家开始生产符合该标准的电线电缆老化试验装置，就目前市场上的老化试验箱而言，老化试验时间长，过程简单，如果监控整个过程，需要专门人员盯着温度显示值，由于时间过长，人员往往比较疲惫。

发明内容

本发明的目的在于针对电线电缆老化试验箱需要人员长时间值守观察的情况，提出一种无人值守的老化箱及其智能监测方法，实现系统电源状态的监测、实时温度数据的监测、温度超限的预警功能。

本发明的目的是这样实现的：一种无人值守的老化箱，包括主控板、云平台、PLC一体机、断电监测模块；云平台与主控板4G模组相连；PLC一体机与主控板通过串口相连；断电监测模块与主控板IO 口相连；

云平台是基于现代物联网技术、4G透传技术而开发完成的应用性平台，可通过PC、移动手机交互；

PLC一体机是将HMI+PLC集成在一块电路板；

断电监测模块是实现设备断电后，给主控板IO口信号，通过该信号告知主控板，系统电源停止供电，改为内部电池供电；

主控板是由MCU加上外围电路组成，集成了4G透传模组，通过串口与PLC一体机通信，通过IO口与断电监测模块通信。

优选地，断电监测模块包括互感器、整流模块、电容、输出接口。

优选地，互感器是交流电流互感器，系统电源的其中一根电源线穿过互感器，用以监测系统供电电流。

优选地，整流模块是H桥整流拓扑，用以将互感器采集到的交流工作电流整流成直流电流，经过负载电阻后转换为脉动直流电压。

优选地，的电容是直流稳压电容，用以整流模块产生的脉动直流电压稳压成平稳的直流电压信号，该稳定的直流电压信号为主控板提供系统电源是否正常工作的逻辑信号，当系统电源断电时，该逻辑信号为低电平，当系统电压工作正常时，该逻辑信号为高电平。

本发明还公开了一种无人值守的老化箱的智能监测方法，包括如下步骤：

步骤一、经过互感器的电流变换，将工作电流i_W＝I_A×sin(ωt+ φ)变换成互感器感生电流i_WH＝R×I_A×sin(ωt+φ)，式中i_W为系统工作电流，I_A为系统工作电流峰值，ω为电源角频率，

为初相角， i_WH为互感器电流，R为互感器变比；

步骤二、根据互感器得到的二次电流i_WH＝R×I_A×sin(ωt+φ)，经过整流模块后，原来的交流电流转变为脉动的直流电流，经过稳压电容的稳压，将脉动的电流平波成稳定的直流电流，其平均值为

步骤三、根据步骤二得到的直流电流，再经过负载电阻R_L后，将电流转化为逻辑电压信号，

A、当系统电源工作时，工作电流持续在某一定的值，经过步骤二和步骤三的转化后，得到逻辑电平为1，并将信号通知主控板，表示系统电源工作正常；

B、当系统断电后，工作电流变为0，经过步骤二和步骤三的转化后，得到逻辑电平为0，并将信号通知主控板，表示系统电源工作异常；

步骤四、由步骤一、步骤二和步骤三得到电源的工作状态，从而实现对系统电源工作状态的监控；主控板通过PLC一体机实现对老化箱温度的实时控制并上传数据；

步骤五、根据上传的数据，通过应用平台软件实现数据和报警值的对比：

S1、设定老化箱的保持温度T，根据老化箱的技术要求，老化箱需要保持在T-5℃和T+5℃之间，并在老化箱从低温开始升温到这个范围的第一次进入为触发温度范围控制条件，此时温度保持在T-5℃和 T+5℃之间，老化箱工作正常；

S2、当经过S1的初始过程后，当温度低于T-5℃时，平台触发温度超低限报警；

S3、当经过S1的初始过程后，当温度高于T+5℃时，平台触发温度超高限报警。

优选地，在步骤四中，主控板通过PLC一体机实现对老化箱温度的实时控制的方法，采用自整定PID控制策略：

接线：首先接PLC一体机电源，其次接传感器测量温度，再次接 Y0输出控制加热器；

编程：首先设定目标温度D0，其次读取当前温度至D1，再次设置 PID初始化参数D100～D123、设置PID输出范围0～2000，启用PID控制、用T246计时2000ms，以2000ms为一个周期输出Y0控制加热器加热，每个周期内加热时间由PID输出控制；

当测量温度小于目标温度时PID输出增大，每个周期2000ms内加热的时间变长，温度升高；

当测量温度大于目标温度时PID输出减小，每个周期2000ms内加热的时间变短，温度降低；

最终温度维持在目标温度附近，PLC一体机将温度采样信息通过串口下传给主控板，在10分钟的时间间隔下，主控板通过4G透传模组，将数据上传云平台，实现实时数据上传的功能。

本发明所具有的有益效果是：

本发明从三个方面体现出无人值守老化箱的优势：1、对系统电源的工作状态经行了智能监控；2、对实时数据上传云平台，可实时查看，可解放人的长时间监测；3、通过工作时老化箱温度的超限报警，从而实现了对老化箱工作状态的监控。

附图说明

图1是本发明所提供的一种无人值守的老化箱的系统原理图。

图2是断电监测模块原理图。

图中：1、云平台，2、主控板，3、PLC一体机，4、断电监测模块，5、热电偶，6、加热管，7、互感器，8、整流模块，9、电容， 10、输出口。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施实例对本发明作进一步详细描述：本实施实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本发明提出的一种无人值守的老化箱，包括主控板2、云平台1、 PLC一体机3、断电监测模块4；云平台1与主控板2的4G模组相连； PLC一体机3与主控板2通过串口相连；断电监测模块4与主控板2 的IO口相连。断电监测模块4包括互感器7、整流模块8、电容9、输出接口10。

云平台1是基于现代物联网技术、4G透传技术而开发完成的应用性平台，可通过PC、移动手机交互，可连接到微信公众号。

PLC一体机3是将HMI+PLC集成在一块电路板，减少外围设备接线及减少安装空间的PLC升级产品。

断电监测模块4实现设备断电后，给主控板IO口信号，通过该信号告知主控板，系统电源停止供电，主控系统由内部电池供电。

主控板2是整个控制系统的核心，由MCU加上外围电路组成，集成了4G透传模组，通过串口与PLC一体机3通信，通过IO口与断电监测模块4通信。

互感器7是交流电流互感器，系统电源的其中一根电源线穿过互感器，不论方向，用以监测系统供电电流。

整流模块8是H桥整流拓扑，用以将互感器采集到的交流工作电流整流成直流电流，经过负载电阻后转换为脉动直流电压。

电容8是直流稳压电容，用以整流模块产生的脉动直流电压稳压成平稳的直流电压信号，该稳定的直流电压信号为主控板提供系统电源是否正常工作的逻辑信号，当系统电源断电时，该逻辑信号为低电平，当系统电压工作正常时，该逻辑信号为高电平。

实施例2

一种无人值守的老化箱的智能监测方法，包括如下步骤：

步骤一、经过互感器的电流变换，将工作电流i_W＝I_A×sin(ωt+ φ)变换成互感器感生电流i_WH＝R×I_A×sin(ωt+φ)，式中i_W为系统工作电流，I_A为系统工作电流峰值，ω为电源角频率，

为初相角， i_WH为互感器电流，R为互感器变比。

步骤二、根据互感器得到的二次电流i_WH＝R×I_A×sin(ωt+φ)，经过整流模块后，原来的交流电流转变为脉动的直流电流，经过稳压电容的稳压，将脉动的电流平波成稳定的直流电流，其平均值为

步骤三、根据步骤二得到的直流电流，再经过负载电阻R_L后，将电流转化为逻辑电压信号，

A、当系统电源工作时，工作电流持续在某一定的值，经过步骤二和步骤三的转化后，得到逻辑电平为1，并将信号通知主控板，表示系统电源工作正常；

B、当系统断电后，工作电流变为0，经过步骤二和步骤三的转化后，得到逻辑电平为0，并将信号通知主控板，表示系统电源工作异常；

步骤四、由步骤一、步骤二和步骤三得到电源的工作状态，从而实现对系统电源工作状态的监控；主控板通过PLC一体机实现对老化箱温度的实时控制并上传数据，主控板通过PLC一体机实现对老化箱温度的实时控制的方法，采用自整定PID控制策略：

接线：首先接PLC一体机电源，其次接传感器，传感器采用K型传感器，也可以是采用其他类型的传感器测量温度，再次接Y0输出控制加热器；

编程：首先设定目标温度D0，K300表示30度，其次读取当前温度至D1，再次设置PID初始化参数D100～D123、设置PID输出范围0～2000，启用PID控制、用T246计时2000ms，跟PID输出范围0～2000对应，以 2000ms为一个周期输出Y0控制加热器加热，每个周期内加热时间由 PID输出控制；

当测量温度小于目标温度时PID输出增大，每个周期2000ms内加热的时间变长，温度升高；

当测量温度大于目标温度时PID输出减小，每个周期2000ms内加热的时间变短，温度降低；

最终温度维持在目标温度附近，PLC一体机将温度采样信息通过串口下传给主控板，在10分钟的时间间隔下，主控板通过4G透传模组，将数据上传云平台，实现实时数据上传的功能。

步骤五、根据上传的数据，通过应用平台软件实现数据和报警值的对比：

S1、设定老化箱的保持温度T，根据老化箱的技术要求，老化箱需要保持在T-5℃和T+5℃之间，并在老化箱从低温开始升温到这个范围的第一次进入为触发温度范围控制条件，此时温度保持在T-5℃和 T+5℃之间，老化箱工作正常；

S2、当经过S1的初始过程后，当温度低于T-5℃时，平台触发温度超低限报警；

S3、当经过S1的初始过程后，当温度高于T+5℃时，平台触发温度超高限报警；

根据以上触发动作，实现了数据超限报警的功能。

本发明从三个方面体现出无人值守老化箱的优势：1、对系统电源的工作状态经行了智能监控；2、对实时数据上传云平台，可实时查看，可解放人的长时间监测；3、通过工作时老化箱温度的超限报警，从而实现了对老化箱工作状态的监控。

Claims (7)

1.一种无人值守的老化箱，其特征在于：包括主控板、云平台、PLC一体机、断电监测模块；所述云平台与主控板4G模组相连；所述PLC一体机与主控板通过串口相连；所述断电监测模块与主控板IO口相连；

所述云平台是基于现代物联网技术、4G透传技术而开发完成的应用性平台，可通过PC、移动手机交互；

所述PLC一体机是将HMI+PLC集成在一块电路板；

所述断电监测模块是实现设备断电后，给主控板IO口信号，通过该信号告知主控板，系统电源停止供电，改为内部电池供电；

所述主控板是由MCU加上外围电路组成，集成了4G透传模组，通过串口与所述PLC一体机通信，通过IO口与所述断电监测模块通信。

2.根据权利要求1所述的一种无人值守的老化箱，其特征在于：所述断电监测模块包括互感器、整流模块、电容、输出接口。

3.根据权利要求2所述的一种无人值守的老化箱，其特征在于：所述互感器是交流电流互感器，所述系统电源的其中一根电源线穿过互感器，用以监测系统供电电流。

4.根据权利要求2所述的一种无人值守的老化箱，其特征在于：所述整流模块是H桥整流拓扑，用以将所述互感器采集到的交流工作电流整流成直流电流，经过负载电阻后转换为脉动直流电压。

5.根据权利要求2所述的一种无人值守的老化箱，其特征在于：所述的电容是直流稳压电容，用以整流模块产生的脉动直流电压稳压成平稳的直流电压信号，该稳定的直流电压信号为所述主控板提供系统电源是否正常工作的逻辑信号，当所述系统电源断电时，该逻辑信号为低电平，当系统电压工作正常时，该逻辑信号为高电平。

6.一种无人值守的老化箱的智能监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、经过互感器的电流变换，将工作电流i_W＝I_A×sin(ωt+φ)变换成互感器感生电流i_WH＝R×I_A×sin(ωt+φ)，式中i_W为系统工作电流，I_A为系统工作电流峰值，ω为电源角频率，

为初相角，i_WH为互感器电流，R为互感器变比；

步骤二、根据互感器得到的二次电流i_WH＝R×I_A×sin(ωt+φ)，经过整流模块后，原来的交流电流转变为脉动的直流电流，经过稳压电容的稳压，将脉动的电流平波成稳定的直流电流，其平均值为

步骤三、根据步骤二得到的直流电流，再经过负载电阻R_L后，将电流转化为逻辑电压信号，

A、当系统电源工作时，工作电流持续在某一定的值，经过步骤二和步骤三的转化后，得到逻辑电平为1，并将信号通知主控板，表示系统电源工作正常；

B、当系统断电后，工作电流变为0，经过步骤二和步骤三的转化后，得到逻辑电平为0，并将信号通知主控板，表示系统电源工作异常；

步骤四、由步骤一、步骤二和步骤三得到电源的工作状态，从而实现对系统电源工作状态的监控；主控板通过PLC一体机实现对老化箱温度的实时控制并上传数据；

步骤五、根据上传的数据，通过应用平台软件实现数据和报警值的对比：

S1、设定老化箱的保持温度T，根据老化箱的技术要求，老化箱需要保持在T-5℃和T+5℃之间，并在老化箱从低温开始升温到这个范围的第一次进入为触发温度范围控制条件，此时温度保持在T-5℃和T+5℃之间，老化箱工作正常；

S2、当经过S1的初始过程后，当温度低于T-5℃时，平台触发温度超低限报警；

S3、当经过S1的初始过程后，当温度高于T+5℃时，平台触发温度超高限报警。

7.根据权利要求6所述的一种无人值守的老化箱的智能监测方法，其特征在于：在步骤四中，主控板通过PLC一体机实现对老化箱温度的实时控制的方法，采用自整定PID控制策略：

接线：首先接PLC一体机电源，其次接传感器测量温度，再次接Y0输出控制加热器；

编程：首先设定目标温度D0，其次读取当前温度至D1，再次设置PID初始化参数D100～D123、设置PID输出范围0～2000，启用PID控制、用T246计时2000ms，以2000ms为一个周期输出Y0控制加热器加热，每个周期内加热时间由PID输出控制；

当测量温度小于目标温度时PID输出增大，每个周期2000ms内加热的时间变长，温度升高；

当测量温度大于目标温度时PID输出减小，每个周期2000ms内加热的时间变短，温度降低；

最终温度维持在目标温度附近，PLC一体机将温度采样信息通过串口下传给主控板，在10分钟的时间间隔下，主控板通过4G透传模组，将数据上传云平台，实现实时数据上传的功能。

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