基于PLC和Pixsight控制的高压电机试验设计.doc

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1、哈哈 尔尔 滨滨 工工 业业 大大 学学 毕毕 业业 论论 文文 题目：基于 PLC 和 Pixsight 控制的高 压电机试验设计 专 业 _ 学 号 _ 学 生 姓 名 _ 指 导 教 师 _ 论论 文文 完完 成成 日日 期期 20062006 年年 4 4 月月 摘摘 要：要： 本文是用可编程逻辑控制器和 Pixsight 控制的电机试验系统的组 成及基本原理，主要用于测试电机的空载试验和负载试验。本文由总体 组成、主回路设计、电气控制、测量设计等四部分内容构成，并把工控 机作为上位机，可编程逻辑控制器作为下位机，通过 Pixsight 软件和 下位机联接，进行高压电机试验的控制，改变

2、平时传统的电机试验方法， 即用许多模拟测量仪表人工进行读数，还要分不同时段跟踪数据的变化， 既费时又费力，测到的数据又不能精确的反映电机试验的客观数据。因 此就要采用相对自动化的方法进行试验。本文重点放在可编程逻辑控制 器输入输出、梯形图及 Pixsight 的编程语言上，同时本文其他方面的 设计则通过框图体现出来（如测量和数据采集过程）,简单的表现一下 设计方法，有了这些主要部分和辅助部分后，从而构成了一套简单实用 的自 动化高压电机试验系统。 关键词：高压电机；Pixsight；可编程逻辑控制器 Abstract: Based on Programmable logic controlle

3、r and PIXSIGHT software, this paper makes an introduction on the composition and basic working principles of the automatic testing system for high-voltage motors both with no load and full load. The paper is made of four sections: the general structure, primary circuit design, electrical control and

4、 measurement design. The control of the test on high-voltage motor is carried out by using the industrial machine as the upper machine and PLC as the lower machine which are linked by Pixsight software so as to change the traditional testing method which needs time-taking effort of reading testing d

5、ata on many meters during different time intervals. As the traditional method of test cannot reveal the actual testing result, a relatively automatic method should be adopted. The paper focuses on the I/O of PLC, ladder diagrams and Pixsight programs with other auxiliary aspects shown in the form of

6、 frames(the process and data measurement and collection). With all the necessary main parts and auxiliary ones, a simple and practical high-voltage motor testing system with automation comes up. Keywords: High-voltage motor；Pixsight；Programmable logic controller 目目 录录 第一章第一章 序言序言1 1.11.1 空载试验和负载试验：空

7、载试验和负载试验：1 1.21.2 完成的主要任务：完成的主要任务：2 1.31.3 本文的构成：本文的构成：2 第二章第二章 总体组成总体组成.2 2.12.1 系统总体构成：系统总体构成：2 2.22.2 系统的工作：系统的工作：3 第三章第三章 主回路设计主回路设计 .3 3.13.1 设计方法：设计方法：.3 3.33.3 调压器和变压器的选择调压器和变压器的选择.4 第四章第四章 电气控制电气控制.4 4.14.1 上位机的设计：上位机的设计：4 4.1.1 Pixsight 简单功能介绍：.4 4.1.2 PIXSIGHT 的构成及建立新程序的过程：.5 4.1.3 组态界面的设计

8、.5 4.24.2 下位机的设计：下位机的设计：8 4.2.1 三菱 FX2N-48MR 型可编程逻辑控制器的 I/O 输入输出配置：8 4.2.2 可编程逻辑控制器控制系统的结构：9 4.2.3 可编程逻辑控制器控制流程框图：9 4.34.3 上下位机的通讯：上下位机的通讯：13 4.3.2 PIXSIGHT 与可编程逻辑控制器之间通讯步骤：.13 4.4.3 PIXSIGHT 界面中系统实现控制过程：.17 第五章第五章 测量测量系系统统.18 5.15.1 测量系统的组成：测量系统的组成：.18 5.25.2 信号采集及处理系统原理和组成：信号采集及处理系统原理和组成：18 结束语结束语

9、.19 参考文献：参考文献：19 第一章第一章 序言序言 过去的电机试验是非智能化的，往往用指针式仪表由人工读数、记录，整理成数据并 描绘曲线。由于电源、频率、负载波动等因素会使仪表的指针摆动，为了能比较准确的读 出某一瞬间的各项被测参数，需要几个人同时读表，工作效率低。不仅如此，由于读表的 不同时性以及读数、还会造成人为误差使试验数据不准确。现在，随着微机技术的发展， 大多数系统都把控制逻辑由微机控制，通过通讯口对设备进行控制，采用微机的电机自动 测试系统在测试功能、测量精度等各项性能上都超过了传统方法，在加上计算机的功能不 断强大，各种人机界面软件给电机测试提供了可视化监控。本文的目的就是

10、介绍利用相对 简单，可实现性较强的系统，即基于可编程逻辑控制器及 Pixsight，并简单设计高压一次回 路来对高压电机进行自动化的空载试验和负载试验。 1.11.1 空载试验和负载试验：空载试验和负载试验： 1.空载特性试验： (1)试验目的： 三相异步电动机的空载试验是给定子施加额定频率的额定电压； a.) 通过测试求得电机在额定电压时的铁心损耗和在额定转速时的机械损耗； b.) 通过试验得出空载电流与空载电压的关系曲线。这条曲线就是一条磁化曲线。它可以 反映出铁心材料的性能等。 (2)试验过程： 将电机启动后保持额定电压和额定频率空载运行到机械损耗稳定。试验时，施于定子 绕组上的电压从

11、1.11.3Un 开始，逐渐降低到可能达到的最低电压值，使电流开始回升为 止，其间测取 79 个点，每个点应测取下列数值：三相电压，三相电流，输入功率。 2.负载试验 (1)试验目的： 负载试验的目的实际上是要测取电机的工作特性曲线。 (2)试验过程： 在额定功率和额定频率下，改变负载，在 1.250.25 倍额定功率范围内取 68 点的三相电 压，三相电流，输入功率，功率因素，输出转矩。 1.21.2 完成的主要任务：完成的主要任务： (1)设计电机试验主回路； (2)设计电气控制（上位机、下位机以及上位机和下位机的通讯） ； (3)选用合适的仪器仪表，设计测量回路； 1.31.3 本文的构

12、成：本文的构成： 根据设计的主要内容，论文各章节之间的关系为：引言 系统总体设计主回路硬件 电气控制 测量子系统结束语。 第二章第二章 总体组成总体组成 2.12.1 系统总体构成：系统总体构成： 要实现控制自动化，数据采集自动化以及实现微机现场监控，试验系统分为控制系统、 高压系统、测量系统、数据采集系统和 Pixsight 监控系统等部分。控制系统由上位机（工 控机） 、下位机（可编程逻辑控制器）和控制装置三个部分组成。上位机采用 Pixsight 进行 现场监控；下位机采用可编程逻辑控制器进行控制。数据采集系统用传感器、变送器、 A/D 转换装置通过 RS-485 接口把数据传送到上位机

13、，组态界面实时监控试验结果。 系统组成框图如图 2.1 所示： Pixsight PLC 2.1 2.22.2 系统的工作：系统的工作： 图 2.1 中，控制及其高压保护装置、被试电机以及可调负载构成了主回路系统。可编 程逻辑控制器控制主回路系统的工作，当被试电机的电压和负载满足要求时，测量系统启 动，测量主回路中被试侧和负载侧各个参数，通过数据采集系统把数据传输到工控机， Pixsight 对数据进行监控。可编程逻辑控制器和工控机之间通过串行接口连接。 第三章第三章 主回路设计主回路设计 3.13.1 设计方法：设计方法： 1)对负载调节：本系统采用双电机系统，只要让负载电机工作在发电状态，

14、即成为被试 电机的负载，同时在一定频率范围内改变负载电机的频率，从而改变被试电机的负载， 本系统中采用变频器来平滑调节频率。 2) 高压可调：系统进线电压为 380V，在两侧用升压变压器和调压器来进行升压和调压。 3) 测量仪表选择：用电流互感器测量电流，电压互感器测量电压。 4) 高压保护：因为两侧都是高压线路，所以在两侧装有高压断路器和高压隔离开关，当电 路在异常情况下自动切断线路。 3.2 主回路的硬件接线及原理：主回路硬件如图 3.1 所示： Pixsight PLC 2.1 注：QF断路器；QS高压隔离开关；TA电流互感器；TV电压互感器；TB调压器；T变压器；FU熔断器 主回路系统

15、一路为被试机（M1）供电，一路为负载电机（M2）供电。在进行负载试 验时，负载能量经调压器回馈到低压侧电网。具体为：负载电机与被试电机同轴联接，通 过变频器调节负载电机的转速，使被试电机与负载之间形成一定的转速差，使负载电机的 频率 f8) 变频器往下调节频率； 增频率 142=增频率 142-1; if(增频率 142=8) 本站点减小频率=0; 本站点m241=1; else 本站点m241=0; if(本站点结束=1 if(本站点结束=1 电压清零； 增频率 142=0; 频率返回到初始值； if(本站点高压 2=1 else 旋转 2=0; if(本站点高压 1=1 else 旋转 1

16、=0; if(本站点高压 2=1 if(增频率 142=35 本站点电流互感器高=1; if(本站点高压 2=0) 本站点电流互感器高=0; 本站点电流互感器低=0; 4.系统运行： 启动 PIXSIGHT 运行系统。在编好助记符后，将可编程逻辑控制器开关指向“RUN”,按下 “开始”按钮,观察负载试验和空载试验的控制结果。 4.4.34.4.3 PIXSIGHTPIXSIGHT 界面中系统实现控制过程：界面中系统实现控制过程： 空载试验时，点击“开始试验”按扭，先在被试侧检测有无高低压信号，如无，则低压 侧开关 KM1 闭合，延时 5 秒，高压侧开关 KM3 闭合，电机运转。然后再延时 5

17、秒，调压 器开始调节，调至被试侧电机额定电压 10KV 时，调压停止，测量系统开始试验。试验完 后，先关高压开关 KM3，再关低压开关 KM1，试验结束。 负载试验时，先在被试侧检查有无高低压信号，如无，低压开关 KM2 闭合，延时 5 秒高压开关 KM4 闭合，电流互感器先打到高量程 30/5 档，负载侧电机开始运转，延时 5 秒，开始调节变压器，电压从 010KV 时，调压器关闭，延时 5 秒，频率开始从“6”开始 调节，在调节频率至 35HZ 时，电流互感器切换到低档 5/5，等到频率调至 50HZ 后，延时 5 秒，被试侧低压开关 KM1 闭合，延时 5 秒，高压开关 KM3 闭合，被

18、试电机开始运转， 再延时 5 秒，被试侧调压器开始调压，等到调至 10KV 后，延时 5 秒，负载侧频率开始从 50HZ 往下调节，在判断频率满足要求后，测量系统启动，在 35HZ 下，电流互感器又切换 到低档，等到调至“8”时，延时 5 秒后，依次打开被试侧高压开关 KM3、负载侧高压开 关 KM4、被试侧低压开关 KM1、负载侧低压开关 KM2，电流互感器开关 KM5、KM6 也 同时打开。如在 5 秒内按“结束”按扭，将手动结束控制。同时，也可切换到实时曲线，观 察各个参数的变化趋势。 第五章第五章 测量系统测量系统 5.15.1 测量系统的组测量系统的组成：成： 测量系统中被试电机侧的

19、电参数、负载电机侧的电参数都传输到上位机，在 PIXSIGHT 界面上实现数据监控。上面那些参数首先必须通过传感器和互感器测量，如主 回路中用到的电压互感器用于测量电压，电流互感器用于测量电流。把测得的数据必须传 输到上位计算机进行监控。测量系统的框图如图 5.1 所示： 5.1 5.25.2 信号采集及处理系统原理和组成：信号采集及处理系统原理和组成： 信号采集系统如下图 5.2 所示，它由传感器 、信号处理电路、A/D 采集卡、工控机等 组成。被试电机带动负载电机，被试电机与负载电机之间接有转速传感器以测试在不同的 施加负载下电机输出的转速和功率。电流传感器用于检测三相电流；电压传感器用于

20、检测 电机的三相电压。模拟信号经信号处理电路处理后，分两路，一路送数字仪表显示，另一 路又 A/D 采集卡采集后送工控机进行处理和监控。 A/D 5.2 结束语结束语 本系统实现了 10kV 高电压电机空载试验和负载试验智能控制系统。工控机作为上位 机，PIXSIGHT 提供了良好的人机界面,进行全系统的监控和管理, 三菱可编程逻辑控制器 作为下位机执行可靠有效的分散控制, 并且成功的实现了 PIXSIGHT 和可编程逻辑控制器 之间的通讯。由于我的水平有限，系统的设计有很多方面可以尝试改进： 1)在 PIXSIGHT 界面中，可以另外添加设置高压保护方面的界面按钮。 2) 在实际试验中，要实

21、时监控可编程逻辑控制器的工作状态，可采用 VB6.0 实现 PIXSIGHT 软件实时监控可编程控制器。可以利用 Visual Basic 提供的串行通讯功能,实现 与可编程控制器之间的通讯,再利用 VB 的 DDE 功能完成 PIXSIGHT 与 Visual Basic 之间的 动态数据交换。 这样就把从可编程逻辑控制器采集到的外部信号通过 Visual Basic 间接动 态地显示在 PIXSIGHT 界面上。 参考文献参考文献： 1冯雍明. 电机的工业试验. 机械工业出版社 1990 2郭仲礼. 高压电工实用技术. 机械工业出版社 2003 3周美兰. 可编程逻辑控制器电气控制与组态设计. 科学出版社 2003 4卜玉明. 智能仪表测量信号的标度变换及实现. 自动化仪表 2000 5PIXSIGHT 设计手册 6何秀伟. 电机测试技术. 西安交通大学出版社 1986