双量程交直流耐压测试仪控制系统的制作方法

本发明涉及用于生产薄膜电容器的电工薄膜耐压测试仪的控制系统,特别涉及一种双量程交直流耐压测试仪控制系统。

背景技术：

电气用塑料薄膜（电工薄膜）的生产过程中，会存在薄膜厚薄不均、导电颗粒积聚、划伤等因素,从而影响其电气性能。根据国家标准《gb/t13541-92电气用塑料薄膜试验方法》，电气用塑料薄膜要求进行耐电压击穿试验，利用测试电极对被测试薄膜施加电压，在测试电极限定的面积下,通过仪器升压系统对被测试的薄膜施加不断上升的直流或交流电压,直至其击穿,击穿电压除以膜厚,得出单位厚度的击穿电压值成为衡量薄膜的质量水平重要指标；《电子工业专用设备》2013年第4期p34-p38+p44公布的就是这样一种薄膜耐压测试仪，但该仪器存在如下缺陷：1.高压输出精度低，易导致测试数据失真；2.操作面板上分布有预置拨盘、交/直流切换开关等功能开关及数字式电压表、计时器等显示仪表，导致plc外围电路繁琐；3.仪器工作时安全保护功能不够，易危及操作人员及仪器安全。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种双量程交直流耐压测试仪控制系统，高压输出精度提高，测试数据的离散率低，简化了plc外围电路，仪器的安全保护功能更可靠。

技术方案：

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

双量程交直流耐压测试仪控制系统，包括用于程序控制的安全保护输入系统、操作系统、ad模块、plc、人机界面；还包括实现程序自动控制的采样电路、步进电机驱动器、步进电机、电压启动继电器k1、“ac/dc”切换继电器k2、“10k/20k”量程切换继电器k3、调压器、升压变压器；

1.安全保护输入系统，用于检测仪器工作时是否过量程和安全门开闭情况，所述安全保护输入系统的输出端与plc的第一输入端相连，所述plc的第一输入端为2路输入端口，分别与调压器上限保护检测开关s1、安全门检测开关s2连接，所述安全保护输入系统包括：调压器上限保护检测，调压器上限保护检测开关s1安装在调压器尾端，当调压器运行至上限超出仪器量程范围时，仪器立即切断电源并报警；安全门检测，安全门检测开关s2安装在安全门下端，当安全门开启状态不能启动仪器，仪器工作时若打开安全门，仪器立即切断电源并报警；

2.操作系统，用于发出操作指令，所述操作系统的输出端与plc的第二输入端相连；

3.ad模块，用于将采样电路采集来的模拟信号转换为数字信号，ad模块的输出端与plc的第三输入端相连，所述ad模块为2通道模拟输入信号，所述模拟输入信号包括表征施加在测试电极上电压高低的模拟输入信号1、表征漏电流大小的模拟输入信号2；

4.plc，用于总体逻辑控制，所述plc的第一输出端与步进电机驱动器的输入端相连，所述plc的第一输出端用于对步进电机驱动器发送使能信号、转动速度、转动方向信号；所述plc的第二输出端与电压启动继电器k1线包相连；所述plc的第三输出端与“ac/dc”切换继电器k2线包相连；所述plc的第四输出端与“10k/20k”量程切换继电器k3线包相连；

5.人机界面，用于数据显示、参数设置及功能选择，所述人机界面的通讯端口与plc通讯端口通过rs-485电缆双向通讯连结；

6.采样电路，用于采集测试电极上电压及测试回路漏电流模拟电信号,所述采样电路输出端与ad模块输入端相连；

7.步进电机驱动器，用于驱动步进电机运行,所述步进电机驱动器输出端与步进电机相连；

8.步进电机，所述步进电机通过连轴器同轴固定在调压器的调节杆的一端，步进电机替代手动用于调节调压器的输出电压；

9.电压启动继电器k1，用于接通与断开调压器输入电压；

10.“ac/dc”切换继电器k2，用于切换交流或直流输出；

11.“10k/20k”量程切换继电器k3，用于切换升压变压器初级中间抽头与终端抽头电连接；

12.调压器，所述调压器输出端与“10k/20k”量程切换继电器k3公共端电连接，所述调压器输入端由电压启动继电器k1触点控制接通与断开；

13.升压变压器，所述升压变压器输出端与高压发生器电连接；

进一步的，所述人机界面设置有：用于“10k/20k”量程切换触摸键，用于“ac/dc”切换触摸键，所述“10k/20k”量程切换触摸键，“ac/dc”切换触摸键为置位反转型，可确保切换后自锁；用于测试电压值显示区及升压时间显示区，可实时显示通过测试电极施加到试样薄膜上的电压大小及升压时间；用于升压速度参数设置区，通过升压速度参数调整有利于控制测试不同厚度薄膜时升压节奏，可缩小仪器测试数据的离散率；

进一步的，所述“10k/20k”量程切换继电器k3，其公共端与调压器输出端电连接，其常闭端与升压变压器初级中间抽头电连接，其常开端与升压变压器初级终端抽头电连接；所述“ac/dc”切换继电器k2，其公共端与限流电阻输入端电连接，其常闭端与高压发生器直流（dc）输出端电连接，其常开端与高压发生器交流（ac）输出端电连接；这种采用“10k/20k”量程切换继电器k3常闭端与升压变压器初级中间抽头电连接，“ac/dc”切换继电器k2常闭端与高压发生器直流（dc）输出端电连接，目的是使机器开机后默认为量程是0～20kv挡的直流输出；

进一步的，所述调压器功率为0.75kw，有利于提高调压器分辨率；

进一步的，所述升压变压器初级绕组设置有中间抽头，可提供两种升压比，对应0～20kv量程及0～10kv量程，通过量程切换，可提高高压输出精度；

作为本发明的优选，调压器上限保护检测开关s1为kw11-3z-2型微动开关，安全门检测开关s2为lj18a3-8-z/bx三线npn常开型接近开关，“ac/dc”切换继电器k2为jt-5真空高压继电器（一开一闭触点）；

作为本发明的优选，人机界面为三菱gt1030-hbd-c触摸屏。

综上所述本发明的有益效果：

1.调压器调压器分辨率提高；升压变压器初级绕组设置有中间抽头，可提供两种升压比，对应0～20kv量程及0～10kv量程，通过量程切换，可提高高压输出精度；

2.人机界面设置有升压速度参数设置区，通过升压速度参数调整，有利于控制测试不同厚度薄膜时升压节奏，可缩小仪器测试数据的离散率；

3.人机界面设置有用于“10k/20k”量程切换触摸键，用于“ac/dc”切换触摸键，还设置有用于测试电压值显示区及升压时间显示区，将部分切换开关及显示仪表集成在人机界面的画面里，简化了plc外围电路；

4.调压器上限保护检测及安全门检测，可检测仪器工作时是否过量程和安全门开闭情况，可保护仪器及操作人员安全。

附图说明：

图1为本发明控制系统示意图。

图2为本发明“10k/20k”量程切换示意图。

图3为本发明“ac/dc”切换示意图。

其中，10安全保护输入系统，20操作系统，30ad模块，40plc，50人机界面，60采样电路，70步进电机驱动器，71步进电机，80电压启动继电器k1，90“ac/dc”切换继电器k2，100“10k/20k”量程切换继电器k3，101调压器，102升压变压器，103高压发生器，104限流电阻。

具体实施方式：

如图1-3所示，本发明双量程交直流耐压测试仪控制系统，包括用于程序控制的安全保护输入系统(10)、操作系统(20)、ad模块(30)、plc(40)、人机界面(50)；还包括实现程序自动控制的采样电路(60)、步进电机驱动器(70)、步进电机(71)、电压启动继电器k1(80)、“ac/dc”切换继电器k2(90)、“10k/20k”量程切换继电器k3(100)、调压器(101)、升压变压器(102)。

所述安全保护输入系统(10)用于检测仪器工作时是否过量程和安全门开闭情况，所述安全保护输入系统(10)的输出端与plc(40)的第一输入端相连，所述plc(40)的第一输入端为2路输入端口，分别与调压器上限保护检测开关s1、安全门检测开关s2连接，所述安全保护输入系统(10)包括：调压器上限保护检测，调压器上限保护检测开关s1安装在调压器尾端，当调压器运行至上限超出仪器量程范围时，仪器立即切断电源并报警；安全门检测，安全门检测开关s2安装在安全门下端，当安全门开启状态不能启动仪器，仪器工作时若打开安全门，仪器立即切断电源并报警，调压器上限保护检测开关s1为kw11-3z-2型微动开关，安全门检测开关s2为lj18a3-8-z/bx三线npn常开型接近开关；

所述操作系统(20)用于发出操作指令，所述操作系统(20)的输出端与plc(40)的第二输入端相连；

所述ad模块(30)用于将采样电路(60)采集来的模拟信号转换为数字信号，ad模块(30)的输出端与plc(40)的第三输入端相连，所述ad模块(30)为2通道模拟输入信号，所述模拟输入信号包括表征施加在测试电极上电压高低的模拟输入信号1、表征漏电流大小的模拟输入信号2；

所述plc(40)用于用于总体逻辑控制，所述plc(40)的第一输出端与步进电机驱动器(70)的输入端相连，所述plc(40)的第一输出端用于对步进电机驱动器(70)发送使能信号、转动速度、转动方向信号；所述pl(40)c的第二输出端与电压启动继电器k1(80)线包相连；所述plc(40)的第三输出端与“ac/dc”切换继电器k2(90)线包相连，所述“ac/dc”切换继电器k2(90)，其公共端与限流电阻(104)输入端电连接，其常闭端与高压发生器(103)直流（dc）输出端电连接，其常开端与高压发生器(103)交流（ac）输出端电连接；所述plc(40)的第四输出端与“10k/20k”量程切换继电器k3(100)线包相连，所述“10k/20k”量程切换继电器k3(100)，其公共端与调压器(101)输出端电连接，其常闭端与升压变压器(102)初级中间抽头电连接，其常开端与升压变压器(102)初级终端抽头电连接；这种采用“10k/20k”量程切换继电器k3(100)常闭端与升压变压器(102)初级中间抽头电连接，“ac/dc”切换继电器k2(90)常闭端与高压发生器(103)直流（dc）输出端电连接，目的是使机器开机后默认为量程是0～20kv挡的直流输出；

所述人机界面(50)用于数据显示、参数设置及功能选择，人机界面(50)的通讯端口与plc(40)通讯端口通过rs-485电缆双向通讯连结，所述人机界面设置有：用于“10k/20k”量程切换触摸键，用于“ac/dc”切换触摸键，所述“10k/20k”量程切换触摸键，“ac/dc”切换触摸键为置位反转型，可确保切换后自锁；用于测试电压值显示区及升压时间显示区，可实时显示通过测试电极施加到试样薄膜上的电压大小及升压时间；用于升压速度参数设置区，通过升压速度参数调整有利于控制测试不同厚度薄膜时升压节奏，可缩小仪器测试数据的离散率，所用人机界面(50)为三菱gt1030-hbd-c触摸屏；

所述采样电路(60)用于采集测试电极上电压及测试回路漏电流模拟电信号，采样电路(60)输出端与ad模块(30)输入端相连，；

所述步进电机驱动器(70)用于驱动步进电机(71)运行，进电机驱动器(70)输出端与步进电机(71)相连；

所述步进电机(71)通过连轴器同轴固定在调压器(101)的调节杆的一端，步进电机(71)替代手动用于调节调压器(101)的输出电压；

所述电压启动继电器k1(80)用于接通与断开调压器(101)输入电压；

所述“ac/dc”切换继电器k2(90)用于切换交流或直流输出，“ac/dc”切换继电器k2(90)为jt-5真空高压继电器（一开一闭触点）；

所述“10k/20k”量程切换继电器k3(100)用于切换升压变压器(102)初级中间抽头与终端抽头电连接；

所述调压器(101)输出端与“10k/20k”量程切换继电器k3(100)公共端电连接，调压器(101)输入端由电压启动继电器k1(80)触点控制接通与断开，调压器(101)功率为0.75kw，有利于提高调压器分辨率；

所述升压变压器(102)输出端与高压发生器(103)电连接，所述升压变压器(102)初级绕组设置有中间抽头，可提供两种升压比，对应0～20kv量程及0～10kv量程，通过量程切换，可提高高压输出精度。

采用上述双量程交直流耐压测试仪控制系统的工作过程如下：

1.打开机器电源后，机器人机界面(50)默认量程是0～20kv挡、直流输出；

1.1根据测试要求，若进行交流电压测试，可在机器人机界面(50)触摸“ac/dc”切换触摸键，plc(40)的第三输出端动作，“ac/dc”切换继电器k2(90)线包得电，其常闭触点断开，其常开触点吸合，高压发生器(103)直流（dc）输出端与其公共端电连接，直流（dc）电压经限流电阻(104)与测试上电极电连接；

1.2根据测试要求，测试薄一点的试样时，可选择量程是0～10kv挡电压测试，可在机器人机界面(50)触摸“10k/20k”量程切换触摸键，plc(40)的第四输出端动作，“10k/20k”量程切换继电器k3(100)线包得电，其常闭触点断开，其常开触点吸合，升压变压器(102)初级绕组终端抽头与其公共端电连接，调压器(101)输出端与升压变压器(102)初级绕组终端抽头电连接，由于升压比减小一半，仪器对应的输出电压范围为0～10kv，可提高高压输出精度；

1.3根据测试不同厚度薄膜要求，在人机界面(50)升压速度参数设置区设置响应升压速度参数；

2.自动测试运行流程：

2.1将薄膜试样在测试电极间放好，关闭安全门；

2.2按操作系统(20)“启动”按钮，plc(40)的第二输出端动作，电压启动继电器k1(80)线包得电,电压启动继电器k1吸合,调压器(101)输入端与主交流电压接通；同时plc(40)的第一输出端动作，发送使能信号、转动速度、转动方向信号控制步进电机驱动器(70)，步进电机驱动器(70)驱动步进电机(71)朝升压方向运行，步进电机(71)通过连轴器同轴固定在调压器(101)的调节杆的一端，步进电机(71)调节调压器(101)的输出不断上升的交流电压；调节调压器(101)的输出交流电压经升压变压器(102)升压，升压后的交流电压，进入高压发生器(103)内，一路直接输出(ac)，另一路整流滤波输出(dc)；

2.3高压发生器(103)的ac、dc由“ac/dc”切换继电器k2(90)经限流电阻(104)与测试上电极施加在上下电极间的薄膜试样上；

2.4采样电路(60)既采集测试电极上电压表征施加在测试电极上电压高低的模拟输入信号1，又采集及测试回路表征漏电流大小的模拟输入信号2，并即时传送给ad模块(30)；

2.5ad模块(30)将2通道模拟输入信号转换为数字信号传送给plc(40)；

2.6plc(40)将2通道数字信号作两种处理：表征施加在测试电极上电压高低的数字信号用于人机界面(50)测试电压值显示区进行即时显示；表征测试回路表征漏电流大小的数字信号用于与漏电流强度限值比较，判定薄膜试样是否击穿；

2.7薄膜试样击穿时，plc(40)通过第二输出端不动作，立即使电压启动继电器k1(80)断开，切断调压器(101)输入端电压；并通过第一输出端动作，发送使能信号、转动速度、转动方向信号控制步进电机驱动器(70)，步进电机驱动器(70)驱动步进电机(71)朝降压方向运行，步进电机(71)带动调压器(101)回到原点；

2.8plc(40)还在启动后至薄膜试样击穿时进行计时，用于人机界面(50)升压时间显示；

3.安全门未关闭，则仪器不能启动，仪器运行中如打开安全门，则仪器立即切断调压器(101)输入端电压，调压器(101)回到原点并报警；

4.调压器(101)运行至上限超出仪器量程范围，触碰上限保护检测开关s1时，仪器立即切断调压器(101)输入端电压，调压器(101)回到原点并报警。