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國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司技術(shù)培訓(xùn)中心 鄒靜
全自動(dòng)互感器校驗(yàn)儀整檢裝置的設(shè)計(jì)
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目前使用的互感器校驗(yàn)儀采用手動(dòng)方式對(duì)互感器校驗(yàn)儀進(jìn)行檢定,存在設(shè)備笨重、工作效率低等弱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)需統(tǒng)一互感器校驗(yàn)儀通訊協(xié)議,采用電子式設(shè)計(jì),具備圖像識(shí)別能力的互感器校驗(yàn)儀整體檢定裝置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有互感器校驗(yàn)儀的全自動(dòng)檢定。
互感器校驗(yàn)儀;電子式;全自動(dòng)檢定
根根據(jù)JJG169校驗(yàn)儀校準(zhǔn)規(guī)程及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,校驗(yàn)儀在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)或后續(xù)檢定時(shí)要求都非常嚴(yán)格。一臺(tái)普通的校驗(yàn)儀通常具有電流和電壓互感器測(cè)量功能,而電流有5A和1A檔,電壓則有220V、150V、100V、100/V、100/3V檔,根據(jù)檢測(cè)要求,最嚴(yán)格的檢定范圍為10-2檔(1%~10%十個(gè)點(diǎn))、10-3檔(0.1%~1%十個(gè)點(diǎn))、10-4檔(0.01%~0.1%十個(gè)點(diǎn)),按照上述檔位算出一共有210個(gè)測(cè)試點(diǎn),再加上同相分量、正交分量分別測(cè)試,則一共有420個(gè)測(cè)試點(diǎn)。如果按照現(xiàn)在傳統(tǒng)的電工式校驗(yàn)儀整檢裝置手動(dòng)測(cè)試、手動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、手動(dòng)錄入報(bào)表,則一臺(tái)校驗(yàn)儀檢驗(yàn)下來(lái)需兩天方能檢完。為大幅度提升檢定效率,避免手動(dòng)記錄帶來(lái)的誤差,所以設(shè)計(jì)一種采用數(shù)字化全自動(dòng)控制原理的電子式互感器校驗(yàn)儀整檢裝置十分必要。
擬設(shè)計(jì)的電子式互感器校驗(yàn)儀整檢裝置的工作思路如下:
a、裝置采用線性穩(wěn)定電源,保證源頭穩(wěn)定,減少誤差測(cè)量帶來(lái)的干擾。具體由DA給出基準(zhǔn)信號(hào)送到功率放大器,功率放大器輸出至輸出變壓器給出對(duì)應(yīng)的I和U。
b、通過(guò)上位機(jī)軟件設(shè)置任意倍率的測(cè)試點(diǎn),自動(dòng)輸出任意測(cè)試點(diǎn)的誤差標(biāo)準(zhǔn)量值。
c、校驗(yàn)儀測(cè)量的數(shù)據(jù)可通過(guò)自動(dòng)錄入上位機(jī)記錄表為主和手動(dòng)錄入測(cè)試值為輔的兩種模式進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,并且自動(dòng)計(jì)算出校驗(yàn)儀的測(cè)量誤差,然后輸出報(bào)表。
裝置的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)用先進(jìn)的16位單片機(jī)TMS28335為核心,通過(guò)AD和DA進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,形成上位機(jī)和下位機(jī)的神經(jīng)中樞,由計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的測(cè)試控制命令,控制繼電器進(jìn)行分類控制,同時(shí)將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。如圖1,它能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量、分析、功率驅(qū)動(dòng)等事務(wù)的執(zhí)行;還能作為人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)庫(kù)、打印機(jī)以及溫濕度、時(shí)實(shí)時(shí)鐘等事務(wù)的管理。
圖1 數(shù)字電路方框圖
圖2 電流互感器測(cè)量接線原理圖
利用TMS28335先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu),其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有各自的
總線結(jié)構(gòu)。跟AD和DA交換數(shù)據(jù)使單片機(jī)的處理能力得到最大利用。
利用TMS28335中CPU含有32bit的中央算術(shù)邏輯單元(CALU)、32bit的累加器、比例移位器、16bit×16bit乘法器、輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)和16位雙精度浮點(diǎn)庫(kù)運(yùn)算單元,進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理。利用TMS28335可尋址的存儲(chǔ)器空間共512K字,片上256 Kxl6的Flash存儲(chǔ)器,34 Kxl6的SARAM存儲(chǔ)器.將所有程序及控制儲(chǔ)存在其中。
用TMS28335具有的3個(gè)同步串口(SSP),串行外設(shè)置為2通道CAN模塊、3通道SCI模塊、2個(gè)McBSP(多通道緩沖串行接口)模塊、1個(gè)SPI模塊、1個(gè)I2C主從兼容的串行總線接口模塊;提供與編譯碼器、串行AD轉(zhuǎn)換器等串行器件的直接通信。采用同步串口使得單片機(jī)與外設(shè)非常方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上位機(jī)是否有新的執(zhí)行命令,采取相應(yīng)的操作。
計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀之間的通訊方式為異步通訊模式(RS232),將儀器中保存的測(cè)試數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理?;蛘哕浖?jí)版本可以通過(guò)異步通訊口將測(cè)試儀器進(jìn)行升級(jí)。在儀器設(shè)計(jì)中,使用計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)可以將人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)庫(kù)以及打印機(jī)功能進(jìn)行編譯,通過(guò)異步串口將生成的程序下載到DSP2中運(yùn)行,此方法的使用可以大量減少開(kāi)發(fā)時(shí)間以及開(kāi)發(fā)的難度,同時(shí)增強(qiáng)了公司儀器人機(jī)對(duì)話的一致性,提高了軟件設(shè)計(jì)水平。
模擬電路在可調(diào)線性電源給出的IP和UP處采樣出對(duì)應(yīng)的I和U,然后經(jīng)由AD采樣,最后經(jīng)過(guò)多級(jí)放大、濾波,給出百分表對(duì)應(yīng)ΔI和ΔU。其中為保證微差信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,對(duì)放大電路中采用放大電阻采用低溫漂高精度模壓電阻。
整檢裝置校驗(yàn)互感器校驗(yàn)儀時(shí),是模擬互感器的實(shí)際誤差而給出的標(biāo)準(zhǔn)量值,其中分成兩個(gè)正弦量,即同相分量和正交分量。以下以電流互感器校驗(yàn)為例,根據(jù)校驗(yàn)儀的測(cè)量原理(如圖2)。
當(dāng)流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的電流與流過(guò)被檢互感器的電流相等時(shí),即,流過(guò)互感器校驗(yàn)儀K端的差流為零,此時(shí)互感器誤差為零,當(dāng)時(shí),則互感器校驗(yàn)儀K端有差流流過(guò),其誤差可用圖3的矢量圖表示。
由于實(shí)際測(cè)量中δ是一個(gè)很小值,因此可近視認(rèn)為:
故得到電流互感器誤差,其中,
圖3 誤差矢量圖
根據(jù)以上誤差測(cè)量原理,反推互感器校驗(yàn)儀整檢裝置輸出的同相分量量值I(同)=I0×f%,正交分量量值I(正)= I0×δ×34.38(分)。
如圖4,功率源輸出電流信號(hào)T0/Tx或電壓信號(hào)a/x給被測(cè)校驗(yàn)儀,同時(shí)將此信號(hào)放大濾波后作為百分表信號(hào)給單片機(jī)計(jì)算,另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后分別給同相DA控制和正交DA控制作為控制基準(zhǔn)。當(dāng)同相和正交給出量值控制信號(hào)時(shí),功率輸出將輸出與百分表成比例的電流或電壓信號(hào),當(dāng)同相DA和正交DA控制信號(hào)不變時(shí),百分表變大,KD將成比例變大,反之百分表變小時(shí),KD也將成比例變小。
按國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG169-2010《互感器校驗(yàn)儀檢定規(guī)程》的內(nèi)容進(jìn)行的功能設(shè)計(jì),按內(nèi)容人性化設(shè)計(jì),滿足計(jì)量檢定部門(mén)的使用內(nèi)容要求可按使用者的需求方便添加其它模塊及功能。設(shè)有自動(dòng)測(cè)試、手動(dòng)測(cè)試。按要求算出各給出點(diǎn)的允許誤差,當(dāng)軟件測(cè)出校驗(yàn)儀示值時(shí)對(duì)應(yīng)算出誤差大小。
1)對(duì)互感器校驗(yàn)儀的檢定按照國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程設(shè)定,具有廣泛的適用性;
2)測(cè)試方法豐富有自動(dòng)測(cè)試、識(shí)別測(cè)試、手動(dòng)測(cè)試;
3)能根據(jù)使用者的要求一鍵導(dǎo)出原始記錄、檢定證書(shū)、結(jié)果通知書(shū);
4)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)保存和查詢能力,歷年各送檢單位數(shù)據(jù)都可按照設(shè)備樹(shù)儲(chǔ)存,可隨時(shí)方便查看且可比較同設(shè)備歷年送檢情況自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定性判斷。
圖4 整檢裝置工作原理框圖
圖5 上位機(jī)功能示意圖
現(xiàn)互感器校驗(yàn)儀生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的校驗(yàn)儀樣式種類各異,通訊協(xié)議未統(tǒng)一,無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的互感器校驗(yàn)儀實(shí)現(xiàn)控制。故采用圖像識(shí)別模塊。利用高清攝像機(jī)拍攝互感器校驗(yàn)儀顯示示值,然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞給上位機(jī)軟件,最終在軟件上顯示。這樣就可以繞開(kāi)互感器校驗(yàn)儀通訊協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題,從而可以對(duì)所有廠家生產(chǎn)的互感器校驗(yàn)儀實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)校準(zhǔn)上傳的流程。
互感器校驗(yàn)儀全自動(dòng)檢定裝置的研制成功,可以大大減輕檢定人員的工作量,提高了工作效率。并且保證了數(shù)據(jù)的正確性。解決了互感器校驗(yàn)儀通訊不統(tǒng)一無(wú)法實(shí)現(xiàn)所有的互感器校驗(yàn)儀全自動(dòng)測(cè)量這一難題?;ジ衅餍r?yàn)儀的全自動(dòng)檢定推動(dòng)計(jì)量水平的發(fā)展,為后續(xù)計(jì)量檢定工作帶來(lái)了方便。其自動(dòng)原理及方法也會(huì)帶動(dòng)其它計(jì)量產(chǎn)品加快走向自動(dòng)化檢定。
[1]JJG169-2010《互感器校驗(yàn)儀檢定規(guī)程》.
[2]Q/GDW 1897《互感器校驗(yàn)儀通信協(xié)議》.
[3]王文華,基于《互感器校驗(yàn)儀通信協(xié)議》的全自動(dòng)整檢裝置,《自動(dòng)化與儀器儀表》2015年2期(總第184期).
[4]宋健康,基于互感器校驗(yàn)儀全自動(dòng)整體檢定的研究,《質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究》2010年第3期(總第9期).
[5]包玉樹(shù),全自動(dòng)互感器校驗(yàn)儀整體檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用,《電測(cè)與儀表》,2012,49(7):41-44.
[6]賴渝,全自動(dòng)互感器校驗(yàn)儀整體檢定系統(tǒng)應(yīng)用,《科研》,2015(3):249-250.