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安装调试

剩余电流式电气火灾监控探测器的智能检测装置设计

发布时间:2015-8-21 14:45:29  作者:固德力安

  剩余电流式电气火灾监控探测器的智能检测装置设计

  摘要:介绍了一套基于虚拟仪器技术的剩余电流式电气火灾监控探测器智能测试系统设计方案。系统以工业控制计算机为核心,配置高精度数据采集卡,信号调理,三相大电流发生器和气动夹具等组成系统硬件平台,采用先进的虚拟仪器技术——LabVIEW7 Express软件开发平台自行开发相关测试及数据分析与处理软件,实现数据技术与先进检测技采集和处理,可满足剩余电流式电气火灾监控探测器产品出厂时的综合性能检验需求。经实际应用表明,该系统具有测试精度高,检测效率高,操作方便和维护简单等优点。

  关键词:剩余电流式电气火灾监控探测器;虚拟仪器技术;智能检测;电气火灾监控系统

  引言

  随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,电能作为重要的能源被广泛应用。与此同时,许多用电的不安全因素导致电气火灾不断发生,并逐年上升,对人身及财产造成巨大损失。为了遏制电气火灾的上升势头加大电气火灾监控防范的力度,近年来,国家相继制订或修改了一批相关标准规范主要包括 GB50016--2005《建筑设 计防火规范》,GB50045--2005《高层民用建筑设计防火规范》和 JGJ16--2008《民用建筑电气设计 规范》。标准规范中新增了探测剩余电流 ,过电流等信号,发出声光信号报警等要求。

  目前,国内外一些低压电器制造厂家先后推出了一系列用于预防电气火灾的剩余电流式监控系统产品。其中 LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器是新一代智能型低压电器.主要用于交流50Hz配电系统中,用来预防由于剩余电流,短路,过载,低电压,过电压,断相等因素引发的电气火灾,同时具有对供电线路各种电参数(剩余电流,三相电流,三相电 压,有功功率,无功功率等)的测量功能,可实时监控线路状态。根据产品企业标准及其他相关要求,必须在剩余电流式电气火灾监控探测器出厂前对各项性能进行检验,检验合格后方能出厂。

  鉴于剩余电流式电气火灾监控探测器产品型号及其规格多,产量日益增多,在短时间内需要对大量产品性能指标进行全面,准确测试,这对测试方法,测试系统的软硬件的兼容性,可持续开发性,易维护管理性等提出了挑战。原有手工检测方式检测精度低,稳定性差,测试成本高,效率低,无法满足检验要求。因此,设计了一套以工业控制计算机为核心,配置数据采集卡,信号调理电路,三相大电流发生器和气动夹具等组成的剩余电流式电气火灾监控探测器智能检测系统。该系统可按照不同型号和规格对LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器的各项电气参数及保护功能分别进行全面的自动检验.系统人机界面友好,操作方便,所有测试步骤自动完成,全部测试数据可按规定的报表格式以 Excel 形式存盘和打印。

  1智能检测系统功能分析

  LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器 按壳架等级额定电流分为 100,225,400,630A等多种型号;按额定工作电流不同,分别从 16 630A共分为 21 种规格。在设计检测系统时,应综合考虑不同型号及其规格剩余电流式电气火灾监控探测器的测试需求,使检测系统具有的功能能够同时满足企业对各类不同规格产品的检验要求。总体来说,剩余电流式电气火灾监控探测器综合性能智能检测系统具有以下功能:

  (1)测量功能检测 ,LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器具有对供电线路各种电参数(剩余电流,三相电流,三相电压,有功功率,无功功率等)进行测量的功能并具有较高的测量精度,要求检测系统按产品检验标准中规定的误差大小与类型对电气火灾监控探测器的测量功能进行检验比对是否合格。其保护/报警功能,控制功能均以测量功能为基础。因此,对电气火灾监控探测器的测量功能进行测试是整个检测工作的基础,只有测量功能合格才有必要进行下一步测试。

  (2)保护/报警功能检测,系统对LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器的保护/报警功能包括剩余电流,过载 ,短路,低电压,过电压,断相,外部探测器等多种保护方式进行检测 ,即自动验证各种保护/报警功能动作是否正确,动作时间是否在规定的误差范围内其关键在于检测系统能提供准确的,精度较高的电流,电压测试信号。

  (3)控制功能检测,系统对LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器的控制功能(消防联动,外部控制,故障动作语音拔号)进行测试。

  (4)通信功能检测可通过 RS -485 接口使用 Modbus-RTU 通信协议对 CSJl 系列剩余电 流式电气火灾监控探测器实现 ”四遥”功能即遥调,遥控,遥测,遥信功能的检测。

  2 智能检测系统总体方案设计

  剩余电流式电气火灾监控探测器智能检测系 统采用虚拟仪器技术来构建。硬件部分主要由气动夹具,三相大电流发生器,工业控制计算机,基于PCI总线的内置高精度数据采集卡(一块模拟量输入/输出卡,型号为PCI -6289一块数字量输人/输出卡,型号为 PCI -6509,96 路数字量 II, 0 通道;一块定时/计数器卡,型号为 PCI-6602,8 路,32 位定时/计数器),信号调理电路(包括电气 隔离,高精度电流互感器,接线端子板等),条形 码扫描仪,电话接收模块,通信电路(包括RS -232/RS -485 转换电路,通信线等)和检测台等组成。软件部分采用面向图形化的编程软件 开发平台 LabVIEW7Express 来实现(见图 1)。

电气火灾监控系统检测系统结构图.jpg

  图 1检测系统总体结构框图

  气动夹具是由 6 个气缸(分别对应电气火灾监控探测器的6个连接端)组成的一套机械装置,主要用于固定被测电气火灾监控探测器产品并将其与三相大电流发生器可靠连接根据被测产品的规格,通过计算机可自动控制气动夹具的位置及夹紧与松开动作。夹具的压力可以根据需要通过气动三联件方便地调节。

  三相大电流发生器用 于产生各种规格测试电流,产生的电流范围为0~1500A,要求输出电流精度<0.5%。三相大电流发生器工作原理图如图2 所示,为方便说明,图中仅以 A 相为例。其核心是粗细调压器组(粗调调压器 TDA,细调变压器BTDWA)多变比抽头变压器 Bla,高精度电流传感器。粗细调压器组用于对电流进行调节,这种组合大大提高了电流的调节精度,避免了单一调压器。变压器结构电流调节精度低,采用自动控制时易出现来回震荡造成电流难以稳定的缺陷调压器组输出电压供给多变比变压器,经大电流变压器产生产品测试所需电流粗调调压器TDA,细调变压器 BTDWA,多变比抽头变压器 Bia 三级变换结构采用电动工作方式,由计算机通过闭环控制方式对输出电流大小进行调整。三相大电流的测量采用大电流互感器配合电流变换器实现。

三相大电流发生器工作原理图_副本.jpg

  三相电压信号发生器用于产生测试电压信号,提供给被测剩余电流式电气火灾监控探测器。电压信号发生器可产生三相 O~750V 线电压,通过计算机控制可实现调相(以A 相电流为参考),调频,调幅功能由数据采集卡 PCI -6289 产生 0~lOV 的三相电压信号,配合信号调理电路和功率放大器实现放大为 0~750V 的三相电 压信号送给被测剩余电流式电气火灾监控探测器。电压的测量通过维博电压变换器实现。

  3 智能检测系统软件设计

  检测系统软件的主要任务是完成检测系统的 逻辑控制,数据来集,数据分析,测试结果评价显示及数据输出等。由于要适应多型号,多规格剩余电流式电气火灾监控探测器的检测,因此,检测系统是一个按照配置检测项目执行多个独立测试任务的复杂检测系统,每种测试任务由若干个小的子任务按照一定的规则组成。针对不同的检测项目建立不同的测试模块,有助于检测的通用性和移植性,对于将来扩展应用也非常有利。检测系统软件采用模块化设计思想,由于检测项目多而繁,故每个检测项目单独作为一个界面来实现,所有检测项目可根据实际情况进行选择做还是不做,这样使得检测系统的使用变得更为灵活方便。按实际检测需求用鼠标在界面中选 中所须测试的项目。被选中的测试项目将会在其前面的小方框中用 ”√”提示,并对应项目的字体用红色表示;未选中的项目不在其前面的小方框 中用”√”提示,并对应项目的字体用黑色表示。

  检测系统软件整体框架采用分层结构,分为上,下两层。下层以子VI的形式为上层提供服务,上层通过调用下层子 VI 来完成本身的功能。软件采用基于配置文件的设计方法。检测开始前,用户根据产品型号和规格通过软件界面对需要检测的项目进行配置,生成配置文件并保存,检测时无需用户干涉,软件将自动完成预定检测任 务。下一次重启检测软件时,配置文件将被读人,用户可对检测内容进行修改,重新配置检测项目,也可不作修改维持原有配置(见图 3).

系统软件流程图_副本.jpg

  图 3 系统软件的流程图

  4 智能检测系统测试方案及试验

  系统对产品各检测项目的具体测试方案及试验按照国家标准和企业产品出厂检验标准制订 ,以 测量功能检测和低电压保护测试项目为例说明。

  4.1 测量功能检测

  系统的整个测量功能检测过程在计算机控制下完成。通过三相大电流发生器调节三相电流值为额定工作电流,三相电压信号发生器模块产生400V 线电压信号输出提供给被测电气火灾监控探测器,被测产品和检验装置同时测量电流,电压,有功功率,无功功率。电气火灾监控探测器和 智能电量变送器与上位计算机进行通信使用的是 Modbus-RTU 串行通信协议,两者输出的 RS-485 数字信号通过 RS-485 接口分别经 RS-232和 RS-485 转换器与上位工业控制计算机的串口连接,通过检测系统软件实时同步读取被测电气火灾监控探测器和智能电量变送器测量的测量数据,并以智能电量变送器测量的参数值为标准值,根据检验标准自动判别被测电气火灾监控探测器各项测量指标是否合格,从而实现了对被测电气火灾监控探测器测量功能的 自动检测测量功能检测界面。

  低电压保护功能检验标准_副本.jpg

  在测量功能检测界面 在测量功能检测界面中的 ”检验装置”栏表 示通过该检测系统(通过智能电量变送器)测量的参数值,”监控器”栏表示通过通信读出的被测电气火灾监控探测器测量的参数值 ,”是否合格”栏表示按产品规定的误差种类及精度大小,该本检测系统测量的参数值为高一级的标准源,来标定或比对被测智能控制测试的相应 参数值,并给出是否合格的比对结果。若误差在允许的精度范围内,则相应的”是否合格”栏将显示”合格飞否则将显示 ”不合格“。

  4.2 低电压保护功能检测

  当任意一相电压低于设定值(0.65,0.75 或 0.85U,U 为额定工作电压)时,且持续超过设定时间(1~20S)时,监控器发出脱扣信号和报警信号。电气火灾监控探测器的低电压保护功能检验标准如表 1所示

  注:时间可允差为土 10%

  低电压保护功能检测具体测试方案与试验步骤为:

  (1)通过通信口开启低电压保护功能,额定电压设置为 U=400V,低压保护参数设置如下动作电压为 0.65U,动作时间为20S,动作方式为报警;通过三相电压信号发生器模产生1.05 倍 的0.65U。即 273V 线电压信号输出提供给被测电气火灾监控探测器,同时定时,计数器开始计时并记录动作时间。此时电气火灾监控探测器不会 出现低电压保护报警。检验完成后复位。

  (2)通过通信口开启低电压保护功能,额定电压设置为 U=400V,低压保护参数设置如下。

  动作电压为 0.65U,动作时间为20S,动作方式为报警;通过三相电压信号发生器模产生 0.95 倍 的 0.65 即 247V 线电压信号输出提供给被测电气火灾监控探测器,同时定时,计数器开始计时(动作后停止计时)并记录动作时间。动作时间 允差为 20S 土 10%,若符合要求,则在前面板上相应位置显示”合格”;否则,显示”不合格”,检验完 成后复位。

  (3)通过通信口开启低电压保护功能,额定电压设置为 U=400V,低压保护参数设置如下。动作电压为 0.85Uo,动作时间为 1s,动作方式为脱扣;通过三相电压信号发生器模产生 1.05 倍的 0.85U即 357V 线电压信号输出提供给被测电气火灾监控探测器,同时定时,计数器开始计时并记录动作时间此时电气火灾监控探测器 不会出现低电压保护脱扣。检验完成后复位 。

  (4)通过通信口开启低电压保护功能,额定电压设置为 U=400V,低压保护参数设置如下。动作电压为 0.85U,动作时间为ls,动作方式为脱扣通过三相电压信号发生器模产生 0.95 倍的 0.85Uo 即 323V 线电压信号输出提供给被测电气火灾监控探测器,同时定时,计数器开始计时(动作后停止计时)并记录动作时间动作时间 允差为 lS土 10%,若符合要求则在前面板上相应位置显示”合格”;否则0 显示”不合格 ”,检验完成后复位。

  被测电气火灾监控探测器的 ”四遥”功能检测分别穿插在测量功能检测,保护/报警功能检测与控制功能检测项目中进行。所有配置检测项目检测完毕后,系统将自动对产品恢复出厂设置, 过条形码扫描仪读取被测产品的产品编号,自动以被测产品的产品编号为文件名,在 D 盘的相应目录下按EXCEL 文件形式保存所有的检测数据, 操作人员可以随时查看或打印 。

  5 结语

  通过应用本系统对LFT201系列剩余电流式电 气火灾监控探测器综合性能进行自动测试,可得出:

  (1)采用粗调调压器,细调变压器,多变比抽头变压器三级变换结构和闭环控制方式可以提高 三相大电流发生器的电流调节精度和测试系统自动化程度三相电压信号发生器产生三相 O~750V 线电压,通过计算机控制可实现调相(以A 相电流为参考),调频,调幅功能.

  (2)软件设计采用分层结构和采用基于配置文件的软件设计方法,可以较好地满足检测系统对多型号,多规格产品的测试要求,降低软件设计的复杂度,提高系统功能的扩展性。

  (3)利用 Modbus-RTU 串行通信和条形码 扫描技术自动识别产品的规格,型号使得整个测试过程实现全自动。

  系统己在河南力安测控科技有限公司出厂检验, 产品试制部门成功投入使用,实际运行表明,系统测量精度高,性能稳定,抗干扰能力强,大大缩短了测试时间,为公司LFT201系列剩余电流式电气火灾监控探测器产品的出厂检验提供了可靠的质量保障。

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