基于PLC的耐压试验控制系统设计 - 图文

基于PLC的耐压试验控制系统设计

基于PLC的耐压试验控制系统设计

[摘 要]：本课题通过选择电容分压器法测量试验电压，同时采用全波傅立叶算法分析谐波分量并设计滤波电路消除试验电压中的谐波，完成了工频耐压试验控制系统的设计。设计主回路包括：接触式调压器、试验变压器、NSP保护装置等；控制回路包括：电压、电流、试验电压测量电路。实现了工作方式设定、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。使用西门子S7-300编程软件进行包括数字信号、模拟信号的处理以及整个控制系统的软件编程与调试。同时制作WINCC界面，配合硬件控制系统实现了监控试验过程的功能。

[关键词]：工频耐压试验；可编程控制器；控制系统设计；组态软件

Design of Withstand Voltage Test Control System Based on PLC

Abstract: This topic measure the experimental voltage by selecting method of capacitive voltage divider, and adopts the whole wave fourier algorithm analysis and design of harmonic components and filter circuits eliminate test of voltage harmonics, completed the design of control system for power frequency withstand voltage test. Design of main circuit including:-contact test transformer, NSP regulator, protector and so on; control circuit including: voltage, current, test voltage measurement circuit. Realizing the work setting, action sequence control time set, regulator, pressure test circuit for position detection and alarm, over current protection. Programming with Siemens S7-300 software include digital signal, analog signal processing and control software programming and debugging of system as a whole. At the same time making WINCC interface, with the functionality of hardware control system to achieve a monitoring test procedure.

Key words: Industrial frequency pressure test；programmable controller；control system design；configuration software

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基于PLC的耐压试验控制系统设计

目 录

1 引言.............................................................. 1 1.1 课题的背景 .................................................... 1 1.2 课题的目的和意义 .............................................. 1 1.3 系统设计的主要内容 ............................................ 1 2 工频耐压试验原理及模拟实验电压谐波分析............................ 2 2.1 试验原理 ...................................................... 2 2.2 试验电压测量方法的选择 ........................................ 2 2.3 模拟试验电压谐波分析 .......................................... 3 2.3.1 试验电压谐波的产生 ........................................ 3 2.3.2 谐波分析算法 .............................................. 4 3 工频耐压试验控制系统硬件设计...................................... 7 3.1 控制系统主回路 ................................................ 7 3.2 控系统控制回路设计 ............................................ 9 3.3 控制系统测量电路设计 ......................................... 11 3.3.1 电压测量电路设计 ......................................... 11 3.3.2 试验电压测量电路设计 ..................................... 13 3.3.3 电流测量电路设计 ......................................... 13 3.3.4 电源电路设计 ............................................. 14 3.3.5 电源滤波电路设计 ......................................... 15 3.4 PLC控制系统整体设计方案 ..................................... 16 3.4.1 PLC控制系统框图 ......................................... 16 3.4.2 输入／输出端口分配 ....................................... 16 3.5 变频调速系统的设计 ........................................... 17 3.5.1 变频器型号及相关参数 ..................................... 17 3.5.2 变频器调速控制回路 ....................................... 17 3.6 试验变压器的选型 ............................................. 18 3.7 调压器的选型 ................................................. 19 4 工频耐压试验控制系统软件设计..................................... 19 4.1 软件设计的主要任务 ........................................... 19 4.2 STEP7程序设计步骤 ........................................... 19 4.3 控制系统主程序设计 ........................................... 20 4.4 控制系统子程序设计 ........................................... 23

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基于PLC的耐压试验控制系统设计

4.4.1 模拟量信号处理 ........................................... 23 4.5 控制系统上位机界面设计 ....................................... 23 4.5.1 WINCC简介 ............................................... 23 4.5.2 WINCC组态界面创建过程 ................................... 24 4.5.3 WINCC组态界面 ........................................... 24 4.5.4 试验主回路组态界面 ....................................... 25 4.5.5 上位机组态界面调试 ....................................... 26 结束语............................................. 错误！未定义书签。 参考文献........................................................... 28 致谢............................................... 错误！未定义书签。

IV

基于PLC的耐压试验控制系统设计

1 引言

1.1 课题的背景

电力设备在运行中，绝缘强度长期受电场、温度和机械振动的作用会逐渐发生劣化，包括整体劣化和部分劣化，形成绝缘缺陷。而在电力系统所发生的事故中，很大一部分都是由于设备或线路的绝缘遭到破坏所造成的。可以说，在电力系统工作中常常由于某一部分或某一个设备的绝缘遭到破坏引起事故，破坏电力系统工作的可靠运行，由于电气设备绝缘工作不可靠引而引起事故所带来的经济损失远远超过设备本身的价值[1]。工频耐压试验就是对电力设备施加一定的电压，并保持一定时间，以考察电力设备绝缘承受各种电压的能力。工频耐压试验能有效地发现电气设备存在的绝缘缺陷，是考验电力设备绝缘承受各种过电压能力最严格、最有效的方法，是保证设备安全运行的重要手段。

1.2 课题的目的和意义

为了检验电气设备的绝缘强度，使其不仅能在正常的工作电压下安全可靠的运行，而且还必须具备耐受各种过电压的能力。这就需要使用交流、直流、冲击电流等各种波形的高电压对电气设备绝缘进行耐压试验。进行高压电气设备或输电线路绝缘的工频耐压实验，开展绝缘理论和应用技术的研究性试验[2]，确定绝缘材料的绝缘性能试验，都需要高性能的试验电压产生设备和完善可靠的控制、测量、保护及分析环节组成的工频绝缘耐压试验控制系统。为了确保各种高压电气设备和输电线路的绝缘能够在现场安全可靠的运行，开展工频耐压试验的控制系统具有理论和实用价值。本课题的研究目的和意义就在于利用可编程控制器(PLC)控制技术设计出一套硬件和软件兼容度较好的控制系统，这套控制系统的实践应用若能成功实现于高压电器型式试验来说，可以提高试验的自动化程度，减轻劳动强度，提高试验的数据收集，处理系统的性能，所以这方面的研究潜力是相当大的，也有很高的实际价值。

1.3 系统设计的主要内容

针对传统手动控制系统以及工控机控制系统自身的不足，本课题设计了一套以PLC为核心的新型工频耐压试验控制系统。主要完成以下几方面的研究：

① 利用电容分压器法测量试验高电压并采用傅里叶算法对模拟试验电压谐波分量进行分析。

② 控制系统的硬件设计：包括控制系统主回路、手动控制回路、PLC控制系统、电压电流测量电路、电源电路、电源滤波电路设计等。

③ 控制系统的软件设计：使用西门子公司S7-300进行包括数字信号、模拟信号的处理以及整个控制系统的编程及调试。制作WINCC组态界面，配合硬件实现实时监控试验过程的功能。

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