摘要：作者根據(jù)電氣產(chǎn)品耐壓試驗(yàn)的工藝要求，研制出一套自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。這對(duì)于提高測(cè)試精度，確保安全，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)試效率，具有重要作用。 　　關(guān)鍵詞：電氣耐壓試驗(yàn)；微機(jī)控制；自動(dòng)測(cè)量
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　電氣產(chǎn)品（含設(shè)備及電纜等）的制造、安裝及維修過(guò)程中，都必不可少地要進(jìn)行絕緣測(cè)量和耐壓試驗(yàn)，這是保證產(chǎn)品質(zhì)量、保證設(shè)備安全運(yùn)行地重要環(huán)節(jié)。目前，這種測(cè)量和試驗(yàn)基本上還是通過(guò)手工操作搖表及升壓變壓器進(jìn)行的，隨意性較大，讀數(shù)不精確；且人工升壓，接近高壓，安全性差，反應(yīng)慢，容易造成事故，加大了勞動(dòng)強(qiáng)度，因而實(shí)現(xiàn)耐壓試驗(yàn)的自動(dòng)化是一個(gè)具有重大實(shí)際意義的課題。
　　我們根據(jù)某電氣設(shè)備制造廠對(duì)產(chǎn)品耐壓試驗(yàn)的工藝要求，研制出一套自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣產(chǎn)品耐壓試驗(yàn)的全過(guò)程自動(dòng)測(cè)量與控制。
　　
　　1 系統(tǒng)的概況及設(shè)計(jì)要求
　　
　　耐壓試驗(yàn)分為五個(gè)等級(jí)：64，6.8，4.8，1.4，0.6kV。
　　根據(jù)方便和安全的原則，操作員在操作臺(tái)上進(jìn)行操作，操作臺(tái)與高壓實(shí)驗(yàn)變壓器有一段距離，兩者是用鐵柵欄的門(mén)隔開(kāi)。為保證人身安全，試驗(yàn)過(guò)程中鐵柵欄之內(nèi)不允許有人，設(shè)計(jì)要求鐵柵欄門(mén)為一道聯(lián)鎖，只有該門(mén)關(guān)上才允許進(jìn)行試驗(yàn)，否則是接不通電源的。
　　測(cè)量流程如下：接通電源，響鈴報(bào)警（目的是警告周?chē)�人員，現(xiàn)在要進(jìn)行高壓試驗(yàn)，請(qǐng)隔開(kāi)一段距離）；測(cè)量絕緣電阻，若絕緣電阻不合格，就關(guān)機(jī)報(bào)警，工作人員重新處理絕緣電阻；若絕緣電阻合格，就自動(dòng)開(kāi)始升壓，到達(dá)指定電壓后，則保持電壓不變，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間的長(zhǎng)短由試驗(yàn)規(guī)程決定。若在定時(shí)時(shí)間內(nèi)試品未被擊穿，那么在定時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)開(kāi)始降壓，直至電壓降到零時(shí)關(guān)電源，再測(cè)一次絕緣電阻，合格時(shí)再響一次鈴，告訴周?chē)�人員，本次試驗(yàn)完畢。若達(dá)不到耐壓要求，漏電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)即自動(dòng)快速地把試驗(yàn)電壓降回零。整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)，只要按操作臺(tái)上的啟動(dòng)按鈕，則耐壓試驗(yàn)的全過(guò)程即可自動(dòng)完成。最后由打印機(jī)輸出試驗(yàn)結(jié)果。
　　
　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　
　　耐壓試驗(yàn)的測(cè)控系統(tǒng)分別由操作臺(tái)控制裝置、帶BCD碼輸出的數(shù)字式兆歐表、電動(dòng)調(diào)壓變壓器等幾個(gè)部分構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。
　　
　　操作臺(tái)控制裝置分別由開(kāi)關(guān)按鈕、撥碼盤(pán)、4.5數(shù)字顯示儀表、自動(dòng)控制裝置等部分構(gòu)成。中央控制裝置是本系統(tǒng)最主要的部分和核心，它由MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)配上一些外圍接口電路構(gòu)成。其硬件電路原理見(jiàn)圖2。
　　
　　主機(jī)用8031，它帶有8155、8255，ADC0809等接口。8155A口輸出用來(lái)控制升壓、降壓，選擇高壓繞組和過(guò)流閃絡(luò)動(dòng)作；B口輸入用來(lái)讀鍵盤(pán)或撥碼盤(pán)的代碼，是自動(dòng)還是手動(dòng)操作，是否強(qiáng)制降壓，以及讀實(shí)驗(yàn)電壓數(shù)值；C口輸出用來(lái)控制兆歐表和打印機(jī)電源。8255用來(lái)讀電壓和絕緣電阻值。ADC0809用來(lái)檢測(cè)漏電流。
　　
　　2.1 耐壓電壓的檢測(cè)
　　高壓電壓的檢測(cè)和顯示電路見(jiàn)圖3。再高壓調(diào)壓變壓器上由一個(gè)100V的儀表繞組，另加一變壓器，使之變成5V交流，再由2K精密電位器調(diào)節(jié)，使其輸出為1V交流，再經(jīng)交/直變換，使其輸出為1V直流，到4.5位數(shù)顯儀表滿(mǎn)刻度顯示位10000。將其小數(shù)點(diǎn)改動(dòng)，使其顯示位100.00，并把單位規(guī)定位KV，以滿(mǎn)足顯示100KV以?xún)?nèi)的電壓要求。
　　
　　交直流變換電路見(jiàn)圖4。該電路輸入阻抗很高，約10MΩ，頻率響應(yīng)范圍位20HZ～5KHZ。Ai運(yùn)放TL082與D1，D2組成線(xiàn)性半波整流電路，C2為隔直電容。當(dāng)被測(cè)交流電壓中包含直流分量時(shí)，也不會(huì)引起測(cè)量誤差。R2為穩(wěn)定工作點(diǎn)，用來(lái)構(gòu)成反饋電路。C4，R5，C6構(gòu)成平滑濾波器。電路與輸入電壓的平均值按比例響應(yīng)。對(duì)正弦電壓而言，因直流平均值UOUT與交流有效值U有確定的比例關(guān)系，故改變AC/DC轉(zhuǎn)換器的增益，即可讀出有效值。
　　
　　圖4中RW就是用來(lái)調(diào)節(jié)增益的，它使AC/DC轉(zhuǎn)換結(jié)果為1：1。A2作為射極跟隨器，它使輸出阻抗很低，增強(qiáng)帶負(fù)載能力。
　　
　　
　　2.2 電流的測(cè)控
　　電流檢測(cè)與電壓檢測(cè)的設(shè)計(jì)思想有所不同，電壓要求顯示準(zhǔn)確數(shù)值，并要做記錄，電流則不要記錄數(shù)值，只要求判斷是否超過(guò)規(guī)定值（即過(guò)流），超過(guò)規(guī)定值，就要求跳閘。設(shè)初級(jí)側(cè)電流的規(guī)定值最大為100A，選用100/0.1的電流互感器進(jìn)行檢測(cè)。電流互感器的輸出經(jīng)交直變換后的直流通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻壓降后送至ADC0809采樣，由計(jì)算機(jī)比較采樣電流是否超過(guò)規(guī)定值以決定是否切斷高壓實(shí)驗(yàn)電壓，以免造成損壞及事故。
　　
　　2.3 絕緣電阻的檢測(cè)
　　絕緣電阻由帶有BCD碼輸出的數(shù)字式兆歐表進(jìn)行檢測(cè)。兆歐表輸出電壓的等級(jí)有500，1000，2500V三種，它在工作時(shí)要求接通電源后延時(shí)30s再讀絕緣電阻的結(jié)果。計(jì)算機(jī)把兆歐表所讀絕緣電阻的8421代碼讀入內(nèi)存中進(jìn)行處理。由于兆歐表輸出的8421代碼帶負(fù)載能力非常弱，故要經(jīng)放大隔離后再送至計(jì)算機(jī)的接口，如圖5所示。在圖5中，ui為兆歐表8421代碼中的一位輸出，送至T1的基極進(jìn)行放大；光電管中的二極管和三極管T2是光電隔離的，由T2的發(fā)射極輸出至8255接口，然后由主機(jī)讀入內(nèi)存。一臺(tái)兆歐表有8個(gè)這樣的電路以輸出8421代碼和個(gè)十百千位的選擇。
　　
　　2.4 鍵盤(pán)及顯示
　　鍵盤(pán)掃描顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示，見(jiàn)圖6。鍵盤(pán)采用16（即4×4）個(gè)鍵，除0～9為數(shù)碼鍵外，其余6個(gè)為功能鍵，本系統(tǒng)設(shè)定為年月日、批號(hào)、設(shè)定耐壓值、耐壓時(shí)間、設(shè)定絕緣電阻、繼續(xù)運(yùn)行等功能。所有非標(biāo)準(zhǔn)要求及特殊情況下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都由鍵盤(pán)設(shè)定輸入計(jì)算機(jī)。
　　
　　
　　2.5 撥碼盤(pán)的讀取
　　撥碼盤(pán)數(shù)據(jù)的讀入也是通過(guò)硬件聯(lián)線(xiàn)軟件掃描來(lái)進(jìn)行的。硬件聯(lián)線(xiàn)見(jiàn)圖7。
　　
　　圖7中~為30只撥碼盤(pán)，它們分別用于試驗(yàn)電壓、絕緣電阻和耐壓時(shí)間設(shè)定。計(jì)算機(jī)通過(guò)掃描方式將撥碼盤(pán)之值讀入內(nèi)存中。74LS273為八位鎖存器，它接受主機(jī)數(shù)據(jù)，并將低四位代碼送74LS154譯碼。74LS154為四位十六譯碼器，0000不用，余下15個(gè)代碼正好選中30只撥碼盤(pán)，撥碼盤(pán)數(shù)據(jù)的反碼通過(guò)74LS240反相后正好為送入內(nèi)存中撥碼盤(pán)之值。
　　
　　2.6 試驗(yàn)電壓升降調(diào)節(jié)
　　試驗(yàn)電壓的升降由電動(dòng)調(diào)壓器進(jìn)行。而電動(dòng)調(diào)壓器由8155A口中的PA0和PA1兩位控制，PA0用來(lái)控制升壓，PA1用于控制降壓。兩位控制思想完全相同，PA0的電路見(jiàn)圖8。
　　
　　
　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　
　　在系統(tǒng)的主程序中，要考慮在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中所有可能出現(xiàn)的情況，并作出相應(yīng)的處理。主程序框圖見(jiàn)圖9。其中初始化程序框圖、置電壓標(biāo)志框圖、選繞組并檢查接通否程序框圖、兆歐表處理程序框圖、過(guò)程處理程序框圖從略。
　　主程序的初始化程序中，CPU先要延時(shí)90ms以后才開(kāi)始向下執(zhí)行程序。這是由于在開(kāi)發(fā)機(jī)上調(diào)試該程序時(shí)未延時(shí)就通過(guò)了，而脫離開(kāi)發(fā)機(jī)后，程序經(jīng)常不向下執(zhí)行。究其原因是8155與CPU復(fù)位時(shí)間不一致，CPU復(fù)位時(shí)間快，8155復(fù)位時(shí)間慢，CPU命令向下執(zhí)行程序時(shí)，8155還未初始化，因此8155不按CPU命令工作，CPU延時(shí)一段時(shí)間后，8155復(fù)位完畢，再給8155初始化，工作就正常了。
　　置電壓標(biāo)志檔是因?yàn)橐�試�?yàn)的電壓有五個(gè)不同的等級(jí)，為了區(qū)分所進(jìn)行的試驗(yàn)是屬于哪一種電壓，因此要設(shè)一些標(biāo)志來(lái)區(qū)分。
　　程序中既有鍵盤(pán)又有撥盤(pán)，是因?yàn)樵谡�常試�?yàn)時(shí)只讀撥盤(pán)的試驗(yàn)值，操作者不用操作鍵盤(pán)來(lái)送試驗(yàn)要求的數(shù)據(jù)。根據(jù)需要可選取這兩套送數(shù)據(jù)方式的其中之一。用撥碼盤(pán)簡(jiǎn)單、直觀。
　　強(qiáng)制降壓是保證人身和設(shè)備安全的關(guān)鍵，本系統(tǒng)設(shè)置了緊急強(qiáng)制按鈕，在執(zhí)行程序的任何時(shí)候，只要按下強(qiáng)制降壓按鈕，就能立即無(wú)條件地將電壓降至零。
　　在耐壓開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，要兩次接通兆歐表，對(duì)被測(cè)試物進(jìn)行絕緣檢查。第二次檢查的目的是防止在降壓過(guò)程中被測(cè)試物被以外損壞。
　　
　　使設(shè)定電壓顯示10s的目的是讓操作者看清楚當(dāng)前的試驗(yàn)電壓數(shù)值。若有誤，可按強(qiáng)制降壓按鈕迅速降壓，以免設(shè)備損壞，造成事故。
　　檢查閃絡(luò)的目的是防止被測(cè)試物中滲入了微小雜質(zhì)，閃絡(luò)一下，可能把雜質(zhì)燒掉。如果閃絡(luò)不能燒掉雜質(zhì)，就會(huì)造成過(guò)流，必須進(jìn)行降壓處理。故閃絡(luò)只報(bào)警，不用跳閘。檢查閃絡(luò)的方法是，連續(xù)讀三次電流，若相鄰兩次電流差大于某一個(gè)數(shù)值，就認(rèn)為產(chǎn)生閃絡(luò)。
　　耐壓定時(shí)時(shí)間一般為1min，具體按設(shè)備試驗(yàn)規(guī)程決定。
　　所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，都由打印機(jī)打印出來(lái)供存檔用。為防止打印機(jī)誤動(dòng)作，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中打印機(jī)電源都不接通，只在需打印時(shí)才接通打印機(jī)電源。打印機(jī)打印格式為：
　　
　　該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中采取了一些抗干擾措施，如+5V與+12V電源不共地，接口部分采用了光電隔離，直流小信號(hào)繼電器線(xiàn)圈采用了二極管放電電路，交流中間繼電器和接觸器線(xiàn)圈采用了阻容吸收，打印機(jī)只有在打印時(shí)才接通電源，等等.
　　
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　
　　本系統(tǒng)已運(yùn)行了多年，工作一直正常。證明研制工作是成功的，該系統(tǒng)已達(dá)到實(shí)用化程度。
　　根據(jù)本系統(tǒng)的測(cè)控原理，該系統(tǒng)可推廣應(yīng)用于其他耐壓試驗(yàn)場(chǎng)合，亦可較容易地將其改造為通用的耐壓試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)控裝置，從而實(shí)現(xiàn)電氣耐壓試驗(yàn)自動(dòng)化.
　　
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