基于LabVIEW的SIZE3直流接觸器性能檢測(cè)系統(tǒng)

蘇景賢 王建生 謝惠琴 林木峰

(1.新美亞科技(深圳)有限公司，深圳 518038；2.五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江門 529020；3.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，中山 528404)

?

基于LabVIEW的SIZE3直流接觸器性能檢測(cè)系統(tǒng)

蘇景賢1王建生2謝惠琴1林木峰3

(1.新美亞科技(深圳)有限公司，深圳 518038；2.五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江門 529020；3.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，中山 528404)

基于虛擬儀器LabVIEW平臺(tái)，選用某公司SIZE3型號(hào)直流接觸器作為試驗(yàn)對(duì)象，開(kāi)發(fā)了基于LabVIEW軟件的接觸器性能測(cè)試系統(tǒng)。功耗瞬間采集波形表明，本文所開(kāi)發(fā)的直流接觸器的性能測(cè)試系統(tǒng)是可行的；兩處尖峰檢測(cè)結(jié)果表明，接觸器內(nèi)部電路性能穩(wěn)定；高低電平電壓轉(zhuǎn)換，表明接觸器可以及時(shí)接通和釋放電壓，保護(hù)電路安全。測(cè)試系統(tǒng)可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行控制并記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)批量、自動(dòng)和精準(zhǔn)的檢測(cè)，有較高的實(shí)用價(jià)值。

LabVIEW；SIZE3直流接觸器；性能測(cè)試

0 引言

接觸器具有接通與分?jǐn)嘟恢绷髦麟娐返谋Ｗo(hù)功能，并且與電力、配電等配合應(yīng)用，常用于供電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)器件。其中SIZE3系列直流接觸器具有性能穩(wěn)定，功耗較低，可以很好的自動(dòng)控制電路系統(tǒng)等功能。接觸器在日常生活和工業(yè)上都扮演著一個(gè)重要的角色，其性能的好壞直接影響著電力系統(tǒng)的安全性。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方面的研究較少，重視程度相對(duì)較低。因此，對(duì)接觸器進(jìn)行性能檢測(cè)迫在眉睫。本文以某公司研發(fā)的SIZE3直流接觸器為性能檢測(cè)對(duì)象，基于美國(guó)國(guó)家儀器有限公司(以下簡(jiǎn)稱NI)的PXI自動(dòng)化系統(tǒng)和相關(guān)的電路輔助控制為試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)上位機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理利用LabVIEW圖形化編程軟件[1]。最后，通過(guò)對(duì)接觸器進(jìn)行了相關(guān)的功耗和釋放電壓的檢測(cè)，驗(yàn)證了該接觸器性能穩(wěn)定。

1 被測(cè)對(duì)象與方法

本研究選用了某公司研發(fā)的SIZE3系列中的100V～250V型號(hào)的直流接觸器來(lái)試驗(yàn)，其基本技術(shù)指標(biāo)：線圈額定直流電壓(Us)為250V，吸合電壓為85%Us，釋放電壓為76%Us。試驗(yàn)主回路電壓主要由恒定的直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源供給，與繼電器、交流接觸器和接口板電路等組成測(cè)試電路。在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，實(shí)時(shí)檢測(cè)其線圈的外部功耗和相應(yīng)的動(dòng)作特性。本文采用了自主設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路控制試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)接觸器與試驗(yàn)臺(tái)的連接，測(cè)試其功耗和釋放電壓能否符合要求。利用LabVIEW軟件，開(kāi)發(fā)了本文的SIZE3直流接觸器的檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、存儲(chǔ)、測(cè)試結(jié)果分析等子模塊[2]，具體見(jiàn)圖1。

圖1 接觸器性能檢測(cè)系統(tǒng)思想

本研究設(shè)計(jì)出了該測(cè)試系統(tǒng)，其包括：被測(cè)接觸器，條形碼閱讀器，測(cè)試接口電路，數(shù)據(jù)分析處理和判斷等。根據(jù)接觸器的性能要求，設(shè)計(jì)出了接口板電路,選用NI公司的高精度PXI-6251數(shù)據(jù)采集卡，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的采集。利用HIOKI功率計(jì)測(cè)試接觸器線圈電流的模擬信號(hào)，驗(yàn)證檢測(cè)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。接觸器性能檢測(cè)電路原理如圖2所示。

圖2 接觸器性能檢測(cè)電路原理

2 電流傳感器選用和閉環(huán)調(diào)節(jié)

2.1 選用電流傳感器依據(jù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，考慮干擾因素，線路中線圈電壓最大為250V。因此，本文選用日本的HIOKI功率計(jì)，電壓最大量程為500V，電流量程：100mA～50A，其精度為±0.05%。

2.2 測(cè)試電壓閉環(huán)控制

在本項(xiàng)目中利用NI數(shù)據(jù)采集卡，自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓穩(wěn)流電源用于加載在接觸器的線圈上。其自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

從圖3可知：首先，軟件模擬輸出調(diào)節(jié)85%的額定電壓,判斷測(cè)試電壓和調(diào)節(jié)后的電壓的誤差范圍是否相差在0.5V；其次，測(cè)試電壓和調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)前者大于后者，則利用軟件模擬輸出繼續(xù)調(diào)整，直到符合電路要求的電壓范圍；最后，將其加載至接觸器的線圈上進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。

3 基于LabVIEW的性能檢測(cè)系統(tǒng)流程

依據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的要求，采用虛擬儀器LabVIEW軟件創(chuàng)建了檢測(cè)系統(tǒng)的程序流程[3]，如圖4所示。由圖4可知：首先，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化后，掃描接觸器條形碼，以確定系統(tǒng)的需要運(yùn)行的電壓范圍；其次，功耗電流和保持與釋放電壓測(cè)試，分析產(chǎn)品的性能；最后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析并保存，以便日后查看。

圖4 性能檢測(cè)系統(tǒng)的程序流程

4 數(shù)據(jù)采集與分析

電源端加載250V直流電壓，利用LabVIEW模擬輸出模塊自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)，線路電壓調(diào)整到85%的額定電壓，數(shù)字I/O模塊控制電路繼電器的接通、分?jǐn)嗪湍M輸入采集數(shù)據(jù)[3-4]。

4.1 線圈功耗采集波形分析

接觸器的線圈上加載85%的額定電壓，進(jìn)行300ms的功耗檢測(cè)。如圖5所示。

圖5 接觸器功耗電流測(cè)試波形

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)測(cè)試采集300ms的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，截取了其中一次的波形圖，如圖5所示。針對(duì)此次SIZE3接觸器線圈功耗電流波形圖(1號(hào)曲線為線圈上電信號(hào)指示線，2號(hào)曲線為線圈功耗)，當(dāng)測(cè)試時(shí)間介于70ms與120ms之間時(shí)，電流波形出現(xiàn)了兩處非常明顯的尖峰，分別為電流的尖峰值(I1)和最大值(Imax)，其值分別為0.27A和0.267A，符合要求。線圈上電曲線明顯由低電平轉(zhuǎn)為高電平(圖中的測(cè)試起點(diǎn))，分別計(jì)算出了T0，T1和T2的時(shí)間為37ms，33ms和163ms，符合要求。從圖5知，線圈功耗電流在出現(xiàn)兩處尖峰現(xiàn)象之后，在135ms處又處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)表明接觸器電流穩(wěn)定，進(jìn)而說(shuō)明接觸器功耗試驗(yàn)成功。

倘若波形中沒(méi)有出現(xiàn)兩處尖峰現(xiàn)象，則表明該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有出現(xiàn)瞬間接通的狀態(tài)，從而體現(xiàn)了本系統(tǒng)中的接觸器內(nèi)部線圈電路出現(xiàn)問(wèn)題，要求測(cè)試員對(duì)接觸器本身內(nèi)部線圈電路進(jìn)行檢修。兩處尖峰現(xiàn)象是對(duì)接觸器是否存在功耗穩(wěn)定判斷標(biāo)志。

根據(jù)功耗電流測(cè)試技術(shù)要求，檢測(cè)出了相應(yīng)的功耗參數(shù)，并將其與理論值進(jìn)行了對(duì)比，判斷測(cè)試結(jié)果是否合格，具體參數(shù)分析如表1所示。

表1 SIZE3 250V線圈功耗電流數(shù)據(jù)分析表

從表1中得知功耗電流的誤差范圍，根據(jù)合格參數(shù)表對(duì)其誤差進(jìn)行了分析：

1)I1為第一次波峰電流的尖峰值，其誤差為0.01A，滿足誤差范圍的要求；

2)Imax為最大電流值，其誤差為0.03A，滿足誤差范圍的要求；

3)I2為持續(xù)穩(wěn)定電流值，允許合格值范圍在±30%內(nèi)，合格誤差為3mA，符合要求；

4)T0為從線圈得電到有電流所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。曲線1為高電平時(shí)，線圈得電的時(shí)刻25ms左右，曲線2在80ms左右開(kāi)始上升的時(shí)候，兩者之差即為T0，要求最大值不能超過(guò)55ms，實(shí)際測(cè)得為37ms；

5)T1為有電流開(kāi)始到第一次電流峰值的時(shí)間。實(shí)際值和理論值的差值不能超過(guò)15ms，本測(cè)試時(shí)其差值為11ms；

6)T2為線圈開(kāi)始有電到電流穩(wěn)定的時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間的最大值不能超過(guò)300ms，測(cè)得實(shí)際值符合要求。

只有當(dāng)功耗電流的六個(gè)參數(shù)所測(cè)得的實(shí)際值都在合格范圍內(nèi)，才能判定該產(chǎn)品在功耗測(cè)試環(huán)節(jié)符合技術(shù)指標(biāo)要求，只要其中一項(xiàng)指標(biāo)不符合要求，產(chǎn)品就不合格。

4.2 釋放電壓測(cè)試

接觸器在85%的額定電壓，76%額定電壓和10%額定電壓三種狀態(tài)下，進(jìn)行觸點(diǎn)狀態(tài)檢測(cè)，其狀態(tài)直接關(guān)系到接觸器性能在斷電瞬間能否釋放[5-6]，如圖6所示。在85%額定電壓時(shí)，三相觸點(diǎn)處于由低電平轉(zhuǎn)為高電平，即為接通狀態(tài)；在76%額定電壓時(shí)，三相觸點(diǎn)處于接通狀態(tài)；而在10%額定電壓時(shí)，三相觸點(diǎn)由高電平轉(zhuǎn)為低電平，即為釋放狀態(tài)。由此可見(jiàn)，本文所開(kāi)發(fā)的接觸器性能檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)釋放電壓測(cè)試是可行的。

圖6 接觸器保持釋放電壓檢測(cè)結(jié)果

假如三相波形中的A相和B相沒(méi)有出現(xiàn)高電平(即5V)狀態(tài)，C相沒(méi)有出現(xiàn)低電平(即0V)狀態(tài)，則表明該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有在相應(yīng)的電壓下出現(xiàn)閉合和釋放狀態(tài)，從而體現(xiàn)了本系統(tǒng)中的接觸器內(nèi)部觸點(diǎn)電路出現(xiàn)問(wèn)題，要求測(cè)試員對(duì)接觸器本身內(nèi)部觸點(diǎn)電路進(jìn)行檢修。高低電平轉(zhuǎn)換是對(duì)接觸器存在電壓不足時(shí)觸點(diǎn)是否釋放判斷標(biāo)志。

5 結(jié)論

本文利用自行開(kāi)發(fā)接觸器性能檢測(cè)系統(tǒng)，所采集的數(shù)據(jù)波形與預(yù)期情況吻合。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的測(cè)試，讀取，分析和處理數(shù)據(jù)，并將測(cè)試結(jié)果波形顯示在人機(jī)界面上。

基于虛擬儀器LabVIEW軟件測(cè)試平臺(tái)，經(jīng)過(guò)多次的性能檢測(cè)，結(jié)果表明：本文對(duì)接觸器的性能檢測(cè)方法比傳統(tǒng)人為的檢測(cè)方法更具有可靠性，更能實(shí)時(shí)直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析和處理，測(cè)得的波形數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和精度值更高。

通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)的分析，結(jié)合現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題修改測(cè)試數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行了實(shí)時(shí)的測(cè)試，對(duì)所測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析之后，證實(shí)該原理與方法是可行的，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化。

[1] 龍華偉，顧永剛.LabVIEW 8.2.1與DAQ 數(shù)據(jù)采集[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008

[2] 李江全，李玲，等.案例解說(shuō)虛擬儀器典型控制與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011

[3] 許斌.基于虛擬儀器技術(shù)的信號(hào)產(chǎn)生及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004

[4] 白云，高玉鵬，等.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2009

[5] 王樹(shù)正，葛敬元.基于LabVIEW的交流接觸器基本特性測(cè)試臺(tái)開(kāi)發(fā)[J].低壓電器，2010(15)

[6] 謝延興，陳德為，等.基于LabVIEW的交流接觸器動(dòng)態(tài)過(guò)程測(cè)試技術(shù)[J].電氣開(kāi)關(guān)，2001(4)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.2.07