流程工业自动化系统plc设备控制程序电气测试平台及方法
【专利摘要】本发明提供一种流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台及方法，该平台包括具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气平台监控系统的基于MNS结构的电气柜和具有最小典型配置的基础动力设备平台，该电气柜与该设备平台之间通过电缆连接；电气回路共有十四个类型，电气平台监控系统可动态显示电气回路，提高程序测试的效率；本发明根据实验装置使用特点，采用优化设计方法，在功能一定的前提下，大大缩小了装置的体积及减少了电气元件和设备的数量；本测试平台包含了流程工业生产过程自动化控制中关于设备控制方面的基本工控设备类型、控制网络以及先进的控制理念，也可作为自动化专业学生开展流程工业生产过程自动化项目的实训平台。
【专利说明】流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于流程工业自动化【技术领域】，特别是涉及一种流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台及方法。
【背景技术】
[0002]在流程工业自动化系统中，基本控制内容包括设备控制和回路控制两个方面。在项目实施编制完成PLC设备控制程序后，十分必要在实验室进行测试，以改正其中的错误并完善其中不足的部分，从而使得工业现场的调试工作更为安全与高效。
[0003]因为设备控制是通过PLC逻辑控制程序(以下简称程序)控制被控设备的电气回路来实现的，所以在实验室进行程序测试时，必然要引入被控对象——与被控设备对应的电气回路。目前，PLC程序的实验室测试并没有专用的电气测试平台，一股是在PLC制造商提供的专用仿真软件上进行。在这种测试环境下，因为无法形成被控对象状态信号的自动反馈，所以测试过程需要人工介入才能完成；另外，由于测试过程缺少应有的电气时效，可能会导致测试后的程序仍存在着某种不足。
[0004]在流程工业生产过程自动控制中，因为总体设备控制程序主要由一些针对不同类型的被控设备或被控设备组的“基础控制模块”或“组合基础控制模块”组成，设备控制程序中“基础控制模块”与被控设备对应的电气回路类型相对应，工业现场被控设备的拖动电机绝大多数为低压三相笼型异步电动机，所以要研发基于低压三相笼型异步电动机常用电气回路类型配置的PLC程序电气测试平台，使得对于在程序中占有重要地位的“基础控制模块”或“组合基础控制模块”的实验室测试，能够在真实的电气环境下进行，确保“基础控制模块”或“组合基础控制模块”的实验室测试质量。
[0005]另外，对于总体设备控制程序中的局部极为复杂的程序，如果不能在实验室测试中将其中可能存在的问题都处理掉，将会给现场调试工作带来极大的困难。对于这类极为复杂程序的实验室测试，客观上也要求能在真实的电气环境下进行。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台及方法。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]一种流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，用于对流程工业生产过程设备控制PLC程序进行实验室电气测试，该平台包括具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气平台监控系统的基于丽S结构的电气柜和具有最小典型配置的基础动力设备平台，该电气柜与该基础动力设备平台之间通过电缆连接；
[0009]所述的流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路的主回路共有四个类型，分别为:由断路器、单接触器、热继电器组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相电动开关阀组成的电气主回路，由负荷开关、快速熔断器、送电接触器、选择接触器、变频器/软起动器/智能电机控制器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，即组合电气传动系统主回路；
[0010]所述的流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路的控制回路共有五个类型，分别为:具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能以及变频器、软起动器、智能电机控制器投入选择功能的低压三相笼型异步电动机电气控制回路，即具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的组合电气传动系统控制回路；
[0011]所述的主回路及控制回路形成十四类流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路，分别为:具有设备控制方式有扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的变频器控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的软起动器控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的智能电机控制器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的变频器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的软起动器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的智能电机控制器控制电气回路；
[0012]所述的电气测试平台监控系统包括PLC和触摸屏；各个流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的断路器的状态信号接点、接触器的状态信号接点、继电器的状态信号接点、按钮的状态信号接点、转换开关的状态信号接点、变频器的状态信号接点、软起动器的状态信号接点、智能电机控制器的状态信号接点均通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DI板卡上，用于配合实现设备控制方式集中无扰动转换功能的预转换按钮的信号接点、转换开关的信号接点、转换继电器的信号接点也通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DI板卡上，由PLC控制的设备控制中间继电器的线圈接点通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DO板卡上，电气测试平台监控系统PLC分别与触摸屏以及变频器、软起动器、智能电机控制器进行通讯连接，电气测试平台监控系统PLC还与装有被测试PLC设备控制程序的PLC系统即PLC程序系统进行通讯连接；
[0013]所述的具有最小典型配置的基础动力设备平台安装有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的动力装置、变频器操作面板、软起动器操作面板和智能电机控制器操作面板；所述流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的动力装置包括有两套由低压三相笼型异步电动机、减速机和编码器组成的成套装置、一台低压三相电动开关阀、一台低压三相笼型异步电动机其中，编码器的信号接点通过硬线接到电气平台监控系统PLC的高速计数板卡上。
[0014]所述的具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气测试平台监控系统的基于丽S结构的电气柜，划分为装置小室、母线小室和电缆小室，标准模数E = 25mm,所述装置小室空间分割成十八个功能组件单元，即十六个抽屉式单元和两个固定式单元，十六个抽屉式单元分别为:一个主送电抽屉单元、一个电气测试平台监控系统电源抽屉单元、一个组合电气传动系统电源抽屉单元，一个备用电源单元，八个低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路抽屉单元、一个低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路抽屉单元、一个开关阀类低压三相笼型电动机可逆控制电气回路抽屉单元、两个行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路抽屉单元；两个固定式单元分别为:电气测试平台监控系统固定单元和组合电气传动系统固定单元。
[0015]所述的组合电气传动系统主回路包括负荷开关、快速熔断器、送电接触器、选择接触器、变频器、软起动器、智能电机控制器和低压三相笼型异步电动机，变频器的进线端与变频器上选择接触器的下端相连，变频器的出线端与变频器下选择接触器的上端相连；软起动器的进线端与软起动器上选择接触器的下端相连，软起动器的出线端与软起动器下选择接触器的上端相连；智能电机控制器所在的电气分支回路中接有智能电机控制器选择接触器；变频器上选择接触器、软起动器上选择接触器以及智能电机控制器选择接触器的上端相连后与送电接触器下端相连；送电接触器上端与快速熔断器的下端相连；快速熔断器的上端通过负荷开关与电源相连；变频器下选择接触器、软起动器下选择接触器以及智能电机控制器选择接触器的下端相连后与低压三相笼型异步电动机相连。
[0016]所述的设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能，是在传统的低压三相笼型异步电动机起、停控制电气回路的接触器线圈分支回路中，加入设备控制方式有扰动转换开关、设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点、PLC控制的设备控制中间继电器常开触点、短接继电器及其常开触点；
[0017]设备控制方式有扰动转换开关有三个手柄操作位置:有扰动集中控制位、有扰动机旁控制位、无扰动置位位；
[0018]设备控制方式有扰动转换开关在其有扰动机旁控制位上接通的JP端通过设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点与手动启动按钮的一端相连，设备控制方式有扰动转换开关在其有扰动集中控制位上接通的JZ端通过PLC控制的设备控制中间继电器常开触点与手动启动按钮的另外一端相连，设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点所在的线路与PLC控制的设备控制中间继电器常开触点所在的线路并行对接触器线圈进行供电；设备控制方式有扰动转换开关在其无扰动置位位上接通的ZW端与短接继电器的线圈相连，控制短接继电器的得电或失电，JP端通过短接继电器两个常开触点分别与JZ端、ZW端相连，和JP端、JZ端、ZW端分别对应的另外一端相连后接到控制电源火线端；
[0019]设备控制方式集中无扰动转换开关控制设备控制方式集中无扰动转换继电器线圈的得电或失电，设备控制方式集中无扰动转换开关有三个手柄操作位置:无扰动集中控制位、无扰动机旁控制位、有扰动置位位；设备控制方式集中无扰动转换开关处于无扰动集中控制位时，设备控制方式集中无扰动转换继电器的线圈失电，设备控制方式集中无扰动转换继电器的常开触点断开；设备控制方式集中无扰动转换开关处于无扰动机旁控制位时，设备控制方式集中无扰动转换继电器的线圈得电，设备控制方式集中无扰动转换继电器的常开触点闭合；设备控制方式集中无扰动转换开关处于有扰动置位位时，设备控制方式集中无扰动转换继电器的线圈得电，设备控制方式集中无扰动转换继电器的常开触点闭合；
[0020]电气测试平台监控系统PLC根据装有被测试PLC设备控制程序的PLC系统即PLC程序系统发出设备起、停的信号控制设备控制中间继电器。
[0021]所述的变频器、软起动器、智能电机控制器投入选择功能是在组合电气传动系统控制回路中加入电器投入选择转换开关，电器投入选择转换开关有三个手柄操作位置:变频器投入位、软起动器投入位、智能电机控制器投入位，通过控制选择接触器来选择变频器、软起动器和智能电机控制器的投入；
[0022]所述电器投入选择转换开关处于变频器投入位时，变频器上选择接触器线圈、下选择接触器线圈得电，变频器上选择接触器主触头、下选择接触器主触头吸合，变频器被投A ；
[0023]所述电器投入选择转换开关处于软起动器投入位时，软起动器上选择接触器线圈、下选择接触器线圈得电，软起动器上选择接触器主触头、下选择接触器主触头吸合，软起动器被投入；
[0024]所述电器投入选择转换开关处于智能电机控制器投入位时，智能电机控制器选择接触器线圈预得电，智能电机控制器将被投入。
[0025]所述电气测试平台监控系统能够通过其触摸屏来分页、动态地显示各个流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路。
[0026]采用所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台进行PLC设备控制程序电气测试的方法，包括以下步骤:
[0027]步骤1:在未上电的状态下，检查好电气柜和基础动力设备平台的外观、电气元件、设备及接线的状况，将电气柜上所有抽屉式单元的抽屉推到位、固定式单元的单元门关好;
[0028]步骤2:在未上电的状态下，将电气测试平台监控系统与装有被测试PLC设备控制程序的PLC系统即PLC程序系统通过工控网线建立数据通讯通道；
[0029]步骤3:通过抽屉式单元的抽屉开关手柄先将主送电抽屉单元的电源合上，再将电气测试平台监控系统电源抽屉单元的电源合上，然后将电气测试平台监控系统固定单元内的电源合上，分页显示未被激活的各个静态电气回路图，最后将PLC程序系统的电源合上；
[0030]步骤4:根据被测PLC设备控制程序，确定参与电气测试的电气回路并对其送电，同时在触摸屏显示被激活的电气回路图；
[0031](I)如果被测PLC设备控制程序涉及到变频器、软起动器、智能电机控制器的电气控制回路，则电器投入选择转换开关的手柄操作位置转到变频器投入位、软起动器投入位或智能电机控制器投入位；
[0032](2)如果被测PLC设备控制程序为对应单体被控设备的控制程序，则每个测试用例对应一个电气回路单元；如果被测PLC设备控制程序为对应被控设备组的控制程序，则每个测试用例对应至少两个电气回路单元；
[0033]步骤5:对具有无扰动转换功能类型的被测PLC设备控制程序进行电气测试，具体步骤如下:
[0034]步骤5.1:将设备控制方式有扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动置位位；
[0035]步骤5.2:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动机旁控制位，进行“无扰动机旁控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被控电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试；
[0036]步骤5.3:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动集中控制位，进行“无扰动集中控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被测PLC设备控制程序所控制的电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试；
[0037]步骤5.4:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动机旁控制位，对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，在信息反馈情况正常且被控电机运行的情况下，按下用于配合实现无扰动转换功能的预转换按钮，并在被测试的设备控制程序中设定的时间段内将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置从无扰动机旁控制位转到无扰动集中控制位，如已经运行的电机继续运行，则被测试的设备控制程序的无扰动转换功能编制正确，如果已经运行的电机停止运行，则被测试的设备控制程序的无扰动转换功能编制有缺陷，对其进行修改后再测试直至被测试的设备控制程序的无扰动转换功能编制正确；
[0038]步骤5.5:当参与测试的单个电气回路测试完成后，根据测试需要按照测试用例进行两个或以上电气回路的联动测试；
[0039]步骤6:对有扰动转换方式功能类型的PLC设备控制程序进行电气测试，具体步骤如下:
[0040]步骤6.1:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于有扰动置位位；
[0041]步骤6.2:将设备控制方式有扰动转换开关的手柄操作位置置于有扰动机旁控制位，进行“有扰动机旁控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被控电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试；
[0042]步骤6.3:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于有扰动集中控制位，进行“有扰动集中控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被测PLC设备控制程序所控制的电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试；
[0043]步骤6.4:当参与测试的单个电气回路测试完成后，根据测试需要按照测试用例进行两个或以上电气回路的联动测试；
[0044]步骤7 =PLC设备控制程序电气测试完成后，将电气测试平台断电；
[0045]步骤7.1:断开参与测试的各电气回路单元电源；
[0046]步骤7.2:断开电气测试平台监控系统单元内的电源；
[0047]步骤7.3:断开电气测试平台监控系统电源抽屉单元电源；
[0048]步骤7.4:断开主送电抽屉单元电源；
[0049]步骤7.5:断开PLC程序系统电源。
[0050]本发明的有益效果:
[0051]1.本发明的基于丽S结构的电气柜，将断路器、负荷开关、熔断器、接触器、继电器、按钮、指示灯、转换开关、变频器、软起动器、智能电机控制器、PLC、触摸屏集成在其装置小室的各个抽屉单元和固定单元内，结构设计紧凑并具有创新性，非常适合在大学实验室使用。
[0052]2.本发明的电气控制回路，集成了设备控制方式无扰动转换功能和有扰动转换功能，使得每个电气回路均可以适用于“设备控制方式有扰动转换”和“设备控制方式无扰动转换”两个类型的程序的电气测试。这种优化设计方法，在功能一定的前提下，成倍地缩小电气柜体积及电气元件和设备的数量。
[0053]3.本发明的组合电气传动系统，将具有变频器、软起动器、智能电机控制器的三个电气回路有机地组合在一起，主回路上公用负荷开关、快速熔断器、送电接触器和低压三相笼型异步电动机。这种优化设计方法结合了实验设备的使用特点，可以缩小装置体积、减少电机数量，并提高电气设备及元件的使用率。
[0054]4.本发明的电气测试平台监控系统，能够在其触摸屏上动态地显示所述各个类型电气回路，使得PLC程序测试电气过程更加透明化，十分有利于及时发现问题和解决问题，可提闻PLC程序电气测试的效率。
[0055]5.本发明的一种流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，由于包含了流程工业生产过程自动化控制中关于设备控制方面的基本工控设备类型、控制网络以及先进的控制理念，也可作为自动化专业学生开展流程工业生产过程自动化项目的实训平台。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]图1是本发明【具体实施方式】的具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气主回路配电系统原理图；
[0057]图2是本发明【具体实施方式】的组合电气传动系统主回路原理图；
[0058]图3是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制回路电气原理图；[0059]图4是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制回路电气原理图；
[0060]图5是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制回路电气原理图；
[0061]图6是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制回路电气原理图；
[0062]图7是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的组合电气传动系统控制回路原理图；
[0063]图8是本发明【具体实施方式】的集中无扰动转换电气原理图；
[0064]图9是本发明【具体实施方式】的具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气测试平台监控系统的基于丽S结构的电气柜示意图；
[0065]图10是本发明【具体实施方式】的具有最小典型配置的基础动力设备平台示意图；
[0066]图11是本发明【具体实施方式】的电气测试平台监控系统、组合电气传动系统、PLC程序系统以及它们之间通讯的结构示意图；
[0067]图中，1.电气测试平台监控系统，2.组合电气传动系统，3.低压三相电动开关阀，
4.由低压三相笼型异步电动机、减速机和编码器组成的成套装置，5.低压三相笼型异步电动机，6.变频器，7.软起动器，8.智能电机控制器，9.具有最小典型配置的基础动力设备平台支架，10.控制箱，11.变频器操作面板，12.软起动器操作面板，13.智能电机控制器操作面板，14.主送电抽屉单元，15.电气测试平台监控系统电源抽屉单元，16.组合电气传动系统电源抽屉单元，17.备用电源单元，18.电气测试平台监控系统固定单元，19.组合电气传动系统固定单元，20.低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路抽屉单元，21.低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路抽屉单元，22.开关阀类低压三相笼型电动机可逆控制电气回路抽屉单元，23.行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路抽屉单元，24.机柜顶部空间，25.电缆小室，26.通风栅，27.电压表，28.抽屉开关手柄，29.触摸屏，30.预转换按钮，31.电气测试平台监控系统PLC，32.工控网(PR0FIBUS-DP)，33.通讯线(RS-485), 34.现场总线(PR0FIBUS-DP)，35.PLC程序系统，36.PLC程序系统PLC, 37.PLC程序系统上位机，38.按钮或指示灯。
【具体实施方式】
[0068]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0069]本实施方式的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，用于对编制的流程工业生产过程设备控制PLC程序进行实验室电气测试，包括具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气测试平台监控系统的基于丽S结构的电气柜和具有最小典型配置的基础动力设备平台，该电气柜与该基础动力设备平台之间通过电缆连接。
[0070]如图9所示，是本发明【具体实施方式】的具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气测试平台监控系统的基于丽S结构的电气柜示意图。电气柜高2200mm、宽1000mm、深600mm，采用丽S3.0侧出线柜型结构，该电气柜划分为装置小室、母线小室和电缆小室，标准模数E = 25mm。
[0071]装置小室空间分割成十八个功能组件单元，即十二个8E/4抽屉式单元、四个8E/2抽屉式单元和两个16E固定式单元，十二个8E/4抽屉式单元分别为:一个主送电抽屉单元14、一个电气测试平台监控系统电源抽屉单元15、一个组合电气传动系统电源抽屉单元16，一个备用电源单元17，八个低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路抽屉单元20，四个8E/2抽屉式单元分别为:一个低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路抽屉单元21、一个开关阀类低压三相笼型电动机可逆控制电气回路抽屉单元22、两个行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路抽屉单元23 ;两个16E固定式单元分别为:电气测试平台监控系统固定单元18和组合电气传动系统固定单元19。
[0072]组合电气传动系统固定单元19位于机柜顶部空间24相邻下方，电气测试平台监控系统固定单元18位于组合电气传动系统固定单元19相邻下方，机柜顶部空间24并入组合电气传动系统固定单元19，以增大其布件空间，顶部留有通风口，电缆小室25安装有电气柜与基础动力设备平台之间的电缆，机柜下部有通风栅26。
[0073]本实施方式的电气柜设计要点是:将流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路包括变频器、软起动器、智能电机控制器，以及PLC、触摸屏集成设计在一个基于MNS结构的电气柜中。其中，将组合电气传动主回路和控制回路即组合电气传动系统2安装布置在固定单元；将集中无扰动转换电气回路也安装布置在同一固定单元内；将电气测试平台监控系统I安装布置在另一个固定单元；将其它电气回路安装布置在各抽屉单元内。组合电气传动系统固定单元位于机柜顶部空间相邻下方，电气测试平台监控系统固定单元位于组合电气传动系统固定单元相邻下方，机柜顶部空间并入组合电气传动系统固定单元，以增大其布件空间，顶部留有通风口。组合电气传动系统固定单元以及电气测试平台监控系统固定单元内部电气元件及设备较多，在元件及设备布置的设计中，要充分利用好两个固定单元的纵深空间。
[0074]图10是本发明【具体实施方式】的具有最小典型配置的基础动力设备平台示意图，该动力设备平台高1500mm、宽700mm、深600mm，安装有具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的动力装置、变频器操作面板11、软起动器操作面板12和智能电机控制器操作面板13 ;变频器操作面板11、软起动器操作面板12和智能电机控制器操作面板13安装在控制箱10上，具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的动力装置包括有两套由低压三相笼型异步电动机、减速机和编码器组成的成套装置4、一台低压三相电动开关阀3、一台低压三相笼型异步电动机5，其中，编码器的信号接点通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的高速计数板卡上。
[0075]流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路的主回路共有四个类型，分别为:由断路器、单接触器、热继电器组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相电动开关阀组成的电气主回路，由负荷开关、快速熔断器、送电接触器、选择接触器、变频器/软起动器/智能电机控制器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，即组合电气传动系统主回路。
[0076]图1是本发明【具体实施方式】的具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气主回路配电系统原理图；图2是本发明【具体实施方式】的组合电气传动系统主回路原理图；由断路器、单接触器、热继电器组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相电动开关阀组成的电气主回路，如图1所示，组合电气传动系统2的主回路如图2所示，包括快速熔断器、送电接触器、选择接触器、变频器6、软起动器7、智能电机控制器8和低压三相笼型异步电动机5，变频器6的进线端与变频器6上选择接触器KMll的下端相连，变频器6的出线端与变频器6下选择接触器KM12的上端相连；软起动器7的进线端与软起动器7上选择接触器KM21的下端相连，软起动器7的出线端与软起动器7下选择接触器KM22的上端相连；智能电机控制器8所在的电气分支回路中接有智能电机控制器8选择接触器KM31 ;变频器6上选择接触器KMl1、软起动器7上选择接触器KM21以及智能电机控制器8选择接触器KM31的上端相连后与送电接触器KM下端相连；送电接触器KM上端与快速熔断器的下端相连(快速熔断器的上端通过位于组合电气传动系统电源抽屉单元16内的负荷开关与电源母线相连见图1);变频器6下选择接触器KM12、软起动器7下选择接触器KM22以及智能电机控制器8选择接触器KM31的下端相连后与低压三相笼型异步电动机5相连。关于接触器的上、下端是以其在电路中实际电流流向作为参考的，电流流入侧为上端、电流流出侧为下端。
[0077]本实施方式的电气主回路设计要点:笼型电动机不可逆控制电气回路要比笼型电动机可逆控制电气回路多些，并设计组合电气传动电气回路。在电气主回路中断路器、接触器容量要和电机容量相匹配，容量要尽可能小，以减小安装空间；断路器短路分断能力要大于安装处电网的最大短路容量。从为大程序中某段复杂逻辑控制程序提供独立的电气测试环境的角度考虑，电气回路数量越多越好。变频器、软起动器的选型要考虑其功能的完备性，在此基础上容量要尽量小。
[0078]流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路的控制回路共有五个类型，分别为:具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能以及变频器、软起动器、智能电机控制器投入选择功能的低压三相笼型异步电动机电气控制回路，即具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的组合电气传动系统控制回路。
[0079]为实现设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能，在传统的低压三相笼型异步电动机起、停控制电气回路的接触器线圈分支回路中，加入设备控制方式有扰动转换开关、设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点、PLC控制的设备控制中间继电器常开触点、短接继电器及其常开触点。
[0080]电气测试平台监控系统PLC根据PLC程序系统发出设备起、停的信号控制设备控制中间继电器。
[0081]图8是本发明【具体实施方式】的集中无扰动转换电气原理图。设备控制方式集中无扰动转换开关SA2控制设备控制方式集中无扰动转换继电器KAZl、KAZ2线圈的得电或失电，继电器KAZ1、KAZ2的常开触点分别接到各个电气控制回路中。转换开关SA2有三个手柄操作位置:无扰动集中控制位、无扰动机旁控制位、有扰动置位位；转换开关SA2处于无扰动集中控制位时，继电器KAZl、KAZ2的线圈失电，继电器KAZ1、KAZ2的常开触点断开；转换开关SA2处于无扰动机旁控制位时，继电器KAZl、KAZ2的线圈得电，继电器KAZ1、KAZ2的常开触点闭合；转换开关SA2处于有扰动置位位时，继电器KAZl、KAZ2的线圈得电，继电器KAZ1、KAZ2的常开触点闭合。
[0082]图3是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制回路电气原理图，该电气回路是在传统的低压三相笼型异步电动机不可逆起、停控制电气回路的接触器KM线圈控制分支回路中，力口入了设备控制方式有扰动转换开关SAl以及设备控制方式集中无扰动转换继电器KAZl常开触点和PLC控制的设备控制中间继电器KACl常开触点，以及短接继电器KAl及其常开触点。
[0083]电气测试平台监控系统PLC31根据PLC程序系统35发出设备起、停的信号控制设备控制中间继电器KACI。
[0084]转换开关SAl有三个手柄操作位置:有扰动集中控制位、有扰动机旁控制位、无扰动置位位。转换开关SAl在其有扰动机旁控制位上接通的JP端即图中③端通过继电器KAZl常开触点与手动启动按钮SBl的一端相连，转换开关SAl在其有扰动集中控制位上接通的JZ端即图中①端通过继电器KACl常开触点与手动启动按钮SBl的另外一端相连，继电器KAZl常开触点所在的线路与继电器KACl常开触点所在的线路并行对接触器KM线圈进行供电。转换开关SAl在其无扰动置位位上接通的ZW端即图中⑤端与短接继电器KAl的线圈相连，控制继电器KAl的得电或失电，JP端通过继电器KAl的两个常开触点分别与JZ端、ZW端相连，和JP端即图中③端、JZ端即图中①端、ZW端即图中⑤端分别对应的另外一端即图中④端、②端、⑥端相连后通过熔断器RT接到控制电源火线端Lll上。
[0085]图3所示的电气回路中，还设计了故障监视分支回路和状态显示分支回路。从实验测试角度考虑，设计了用于模拟故障信号的按钮，包括用于模拟电机过热故障信号FR的按钮SB3，用于模拟设备故障信号SG的按钮SB4。这种设计思想同样地体现在图4至图6的控制回路中，不再复述。
[0086]图4是本实施方式的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制回路电气原理图，其设计思路与图3所示的电气控制回路设计思路完全相同，只是在集中控制方式时，设备的起、停是靠两个PLC控制的设备控制中间继电器即继电器KAC1、继电器KAC2上的各一触点来完成的。继电器KACl的常开触点负责启动，继电器KAC2的常闭触点负责停止。另外，该两点控制电气回路的设备控制方式无扰动转换功能完全是靠硬电气控制回路实现的，不需要借助于PLC软件编程。这一点与图3、图5、图6、图7有所不同。
[0087]图5是本实施方式的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制回路电气原理图，其关于设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的设计思路与图3所体现的完全相同，只是该电气回路中有两个接触器(KMl、KM2)，针对这两个接触器各设计一套设备手动起动按钮(SB11、SB12)、PLC控制的设备控制中间继电器常开触点(KAC1常开触点、KAC2常开触点)，但公用一个设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点(KAZ2常开触点)。电动开关阀的电机为低压三相笼型异步电动机，电动开关阀带有阀开到位限位开关SV1、阀关到位限位开关SV2。在该电气控制回路中，设有用于模拟阀开到、关到位限位信号的按钮SB5、SB6。
[0088]图6是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制回路电气原理图，其设计思路与图5所体现的完全相同。只是这里用正行程限位开关STl和反行程限位开关ST2分别代替了阀开到位限位开关SV1、阀关到位限位开关SV2。SB7.SB8分别为用于模拟正行程限位信号的按钮和用于模拟反行程限位信号的按钮。另外，根据一股情况，设计了设备故障保护环节以及用于模拟设备故障信号SG的按钮SB4。
[0089]图7是本发明【具体实施方式】的具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的组合电气传动系统控制回路原理图，是将控制变频器、软起动器以及智能电机控制器的电气回路组合在一起。在其电气控制回路中，加入了电器投入选择转换开关SA3。转换开关SA3手柄共有三个操作位置:变频器投入位、软起动器投入位、电机智能控制器投入位。当转换开关SA3处于变频器投入位时，只有变频器上选择接触器KMll线圈、下选择接触器KM12线圈得电，它们的主触头吸合，只有变频器6被投入到电气主回路中；当转换开关SA3处于软起动器投入位时，只有软起动器上选择接触器KM21线圈、下选择接触器KM22线圈得电，它们的主触头吸合，只有软起动器7被投入到电气主回路中；当转换开关SA3处于电机智能控制器投入位时，智能电机控制器选择接触器KM31线圈预得电，智能电机控制器8将被投入到电气主回路中，在送电接触器KM主触头已经闭合得电的情况下，通过控制触发继电器KAS控制智能电机控制器触发运行，使得由智能电机控制器控制的继电器KAlO线圈得电，继电器KAlO常开触点闭合，控制接触器KM31线圈得电、主触头闭合，智能电机控制器8被投入到电气主回路中，电机得电运行。
[0090]图7中，常开触点KA7、KA8、KA9分别为变频器、软启动器、智能电机控制器的故障信号控制的继电器KA7、KA8、KA9的常开触点，均控制着电机保护继电器KA2，用于模拟变频器的故障信号、软启动器的故障信号、智能电机控制器的故障信号的按钮均为SB9，常开触点KA5、KA6分别为变频器、软启动器的运行信号控制的继电器KA5、KA6的常开触点。
[0091]从程序测试角度看，对于非变频、非软起的被控设备，与被控设备对应的电气回路中的接触器的线圈得电、接触器主触头吸合，即代表被控设备(电机)运行，正因为如此，与图3、图4对应的电气主回路中(见图1)并没有配置电机。而对于变频、软起的被控设备，如图7中，送电接触器KM线圈得电、接触器主触头吸合，只是将变频器或软启动器的主回路送电，要使被控设备(电机)实际投入运行，还必须控制触发继电器KAS线圈得电，使其接入变频器或软启动器的触发回路的KAS常开触点闭合，从而使位于具有最小典型配置的基础动力设备平台支架9上的低压三相笼型异步电动机5实际运行起来。对于智能电机控制器控制的电气回路，在实际操作时，先控制送电接触器KM线圈得电，再控制触发继电器KAS线圈得电。
[0092]图7中，关于设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的设计思路与图3所体现的完全相同，只是该电气回路中有一个送电接触器KM、一个触发继电器KAS，针对它们各设计一套手动启动按钮(SB31、SB32)和停止按钮(SB41、SB42)各设计一个PLC控制的设备控制中间继电器常开触点(KAC1常开触点、KAC2常开触点)，但公用一个设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点(KAZ2常开触点)。要使被控设备(电机)运行，先控制送电接触器KM的线圈得电并保持，再控制触发继电器KAS线圈得电并保持。
[0093]上述主回路及控制回路共形成十四类流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路，分别为:具有设备控制方式有扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的变频器控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的软起动器控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的智能电机控制器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的变频器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的软起动器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的智能电机控制器控制电气回路。
[0094]本实施方式的电气控制回路设计要点:回路类型要含盖流程工业生产过程设备控制中常见的低压三相笼型异步电动机电气控制回路类型，并且要将设备控制方式有扰动转换功能和无扰动转换功能集成设计在每个电气控制回路中。在每个电气控制回路内，要设计信号模拟按钮用以模拟故障信号或限位信号。在每个电气回路单元内要留有一定的后备空间以及备用端子，以满足可能对电气控制回路进行适度修改的需求。
[0095]通过电气柜的各单元门上起、停按钮38进行电气回路操作，相当于“机旁控制方式”下的操作，通过各单元门上的指示灯38显示设备基本运行状态；通过各单元门上的设备控制方式有扰动转换开关SAl以及组合电气传动系统固定单元19门上设备控制方式集中无扰动转换开关SA2可以进行设备控制方式选择，并通过组合电气传动系统固定单元19门上的预转换按钮30可以完成设备控制方式的无扰动转换操作。通过电气柜上各个电气控制回路中的信号模拟按钮SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9模拟故障信号、限位信号，以满足程序测试的需求。
[0096]本发明的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台由安装于电气测试平台监控系统固定单元18内的电气测试平台监控系统I来进行监控和管理，电气测试平台监控系统I包括电气测试平台监控系统PLC31和触摸屏29 ；
[0097]各个流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的断路器的状态信号接点、接触器的状态信号接点、继电器的状态信号接点、按钮的状态信号接点、转换开关的状态信号接点、变频器的状态信号接点、软起动器的状态信号接点、智能电机控制器的状态信号接点均通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC31的DI板卡上，用于配合实现设备控制方式集中无扰动转换功能的预转换按钮30的信号接点、转换开关SA2的信号接点以及转换继电器KAZ1、KAZ2的信号接点也通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DI板卡上，由PLC控制的设备控制中间继电器KAC1、KAC2的线圈接点通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC31的DO板卡上。
[0098]图11是本发明【具体实施方式】的电气测试平台监控系统、组合电气传动系统、PLC程序系统以及它们之间通讯的结构示意图。电气测试平台监控系统PLC31通过现场总线(PR0FIBUS-DP) 34与变频器6、软起动器7、智能电机控制器8连接，电气测试平台监控系统PLC31通过通讯线(RS-485)33与触摸屏29相连，电气测试平台监控系统PLC31与PLC程序系统PLC36通过工控网(PROFIBUS-DP) 32进行主从通讯，PLC程序系统PLC36作为主站，电气测试平台监控系统PLC31作为从站。PLC程序系统35下达的控制命令通过PLC程序系统PLC36以及工控网(PR0FIBUS-DP)32传送给电气测试平台监控系统PLC31，然后通过电气测试平台监控系统PLC31的DO通道送至被控的电气回路中；被控的电气回路的状态信号通过硬接线送入电气测试平台监控系统PLC31的DI通道，PLC程序系统PLC36再通过工控网(PR0FIBUS-DP) 32读回这些状态信号信息。
[0099]设备控制方式有扰动转换指在被控电机运行的情况下，通过设备控制方式转换开关改变设备控制方式，运行的电机会发生断电停机。设备控制方式无扰动转换指在被控电机运行的情况下，通过设备控制方式转换开关改变设备控制方式，运行的电机不断电继续运行。以图3为例，设备控制方式有扰动转换指在被控电机运行的情况下，通过转换开关SAl改变设备控制方式(转换开关SA2处于有扰动置位位)，运行的电机会发生断电停机。设备控制方式无扰动转换指在被控电机运行的情况下，通过转换开关SA2改变设备控制方式(转换开关SAl处于无扰动置位位)，运行的电机不断电继续运行。以图3为例，设备控制方式无扰动转换的工作原理说明如下:
[0100]当转换开关SAl处于无扰动置位位，转换开关SA2处于无扰动机旁控制位，通过手动启动按钮SBl操作电机运行后，如要将转换开关SA2从无扰动机旁控制位转到无扰动集中控制位，且保证电机继续运行不停机，即实现无扰动转换功能，要先按下预转换按钮30，该信号通过硬线被传送至电气测试平台监控系统PLC31中，并通过工控网(PR0FIBUS-DP) 32传送给PLC程序系统PLC36中，PLC程序系统PLC36得到预转换信号后，通过PLC设备控制程序向电气测试平台监控系统PLC31发出控制命令，控制电气测试平台监控系统PLC31相应的DO点输出，从而使得与该DO点连接的参与测试的电气回路中的设备控制中间继电器KACl的线圈得电并维持至设定时间，在该段时间内，接触器KM的线圈由设备控制中间继电器KACl常开触点所在的线路和集中无扰动转换继电器KAZl常开触点所在的线路同时供电；在设定时间内，将转换开关SA2从无扰动机旁控制位转到无扰动集中控制位，即断开已经闭合的集中无扰动转换继电器KAZl常开触点，此时接触器KM不断电，被控电机继续运行，从而实现设备控制方式从无扰动机旁控制位到无扰动集中控制位的无扰动转换；当转换开关SAl处于无扰动置位位，转换开关SA2处于无扰动集中控制位，通过PLC程序系统上位机37操作电机运行后，如要将转换开关SA2从无扰动集中控制位转到无扰动机旁控制位，且保证电机继续运行不停机，即实现无扰动转换功能，直接进行转换开关操作即可，不需要先按下预转换按扭，也不需要借助于PLC控制程序。
[0101]PLC程序系统PLC36只需要配置CPU模块及PR0FIBUS-DP通讯模块，不需要配置IO模块。
[0102]电气测试平台监控系统能够通过触摸屏来分页、动态显示各个类型的流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路。
[0103]本实施方式的电气测试平台监控系统的硬件设计要点:电气测试平台监控系统PLC要全面采集各个类型电气回路中各个电气元件和设备的状态信息，要配置有多种通讯接口，分别与PLC程序系统PLC、触摸屏以及变频器、软起动器、智能电机控制器相通讯，通讯要满足确定性和实时性的要求。通过对电气测试平台监控系统PLC以及触摸屏进行组态编程，最终在触摸屏上分页、动态地显示上述的各个电气回路。为了尽量减少PLC的DI点数配置，减少空间并节省费用，每个类型的电气回路如果有多个，只对其中一个电气回路配置详尽的DI点数，使其在触摸屏上的动态电气回路信息量最大，这有利于进行单体被控设备“基础控制模块”程序的电气测试；而对剩下的其它电气回路的DI点数配置只要满足一股的工程使用要求即可。
[0104]根据本实施方式进行图纸设计、设备及元件选型设计、电气柜/设备台成套、软件编制以及调试。表1为具体实施的电气柜内主要电气设备及元件清单。
[0105]表1具体实施的电气柜内主要电气元件及设备一览表
[0106]
【权利要求】
1.一种流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，用于对流程工业生产过程设备控制PLC程序进行实验室电气测试，其特征在于:该平台包括具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气平台监控系统的基于丽S结构的电气柜和具有最小典型配置的基础动力设备平台，该电气柜与该基础动力设备平台之间通过电缆连接； 所述的流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路的主回路共有四个类型，分别为:由断路器、单接触器、热继电器组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，由断路器、双接触器、热继电器、低压三相电动开关阀组成的电气主回路，由负荷开关、快速熔断器、送电接触器、选择接触器、变频器/软起动器/智能电机控制器、低压三相笼型异步电动机组成的电气主回路，即组合电气传动系统主回路； 所述的流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路的控制回路共有五个类型，分别为:具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路；具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能以及变频器、软起动器、智能电机控制器投入选择功能的低压三相笼型异步电动机电气控制回路，即具有设备控制方式有扰动转换或无扰动转换功能选择的组合电气传动系统控制回路； 所述的主回路及控制回路形成十四类流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路，分别为:具有设备控制方式有扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路、具有设备控制方 式有扰动转换功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的变频器控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的软起动器控制电气回路、具有设备控制方式有扰动转换功能的智能电机控制器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的开关阀类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的变频器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的软起动器控制电气回路、具有设备控制方式无扰动转换功能的智能电机控制器控制电气回路； 所述的电气测试平台监控系统包括PLC和触摸屏；各个流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的断路器的状态信号接点、接触器的状态信号接点、继电器的状态信号接点、按钮的状态信号接点、转换开关的状态信号接点、变频器的状态信号接点、软起动器的状态信号接点、智能电机控制器的状态信号接点均通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DI板卡上，用于配合实现设备控制方式集中无扰动转换功能的预转换按钮的信号接点、转换开关的信号接点、转换继电器的信号接点也通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DI板卡上，由PLC控制的设备控制中间继电器的线圈接点通过硬线接到电气测试平台监控系统PLC的DO板卡上，电气测试平台监控系统PLC分别与触摸屏以及变频器、软起动器、智能电机控制器进行通讯连接，电气测试平台监控系统PLC还与装有被测试PLC设备控制程序的PLC系统即PLC程序系统进行通讯连接； 所述的具有最小典型配置的基础动力设备平台安装有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的动力装置、变频器 操作面板、软起动器操作面板和智能电机控制器操作面板；所述流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路中的动力装置包括有两套由低压三相笼型异步电动机、减速机和编码器组成的成套装置、一台低压三相电动开关阀、一台低压三相笼型异步电动机其中，编码器的信号接点通过硬线接到电气平台监控系统PLC的高速计数板卡上。
2.根据权利要求1所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，其特征在于:所述的具有流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路和电气测试平台监控系统的基于丽S结构的电气柜，划分为装置小室、母线小室和电缆小室，标准模数E=25mm，所述装置小室空间分割成十八个功能组件单元，即十六个抽屉式单元和两个固定式单元，十六个抽屉式单元分别为:一个主送电抽屉单元、一个电气测试平台监控系统电源抽屉单元、一个组合电气传动系统电源抽屉单元，一个备用电源单元，八个低压三相笼型异步电动机不可逆单点控制电气回路抽屉单元、一个低压三相笼型异步电动机不可逆两点控制电气回路抽屉单元、一个开关阀类低压三相笼型电动机可逆控制电气回路抽屉单元、两个行车类低压三相笼型异步电动机可逆控制电气回路抽屉单元；两个固定式单元分别为:电气测试平台监控系统固定单元和组合电气传动系统固定单元。
3.根据权利要求1所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，其特征在于:所述的组合电气传动系统主回路包括负荷开关、快速熔断器、送电接触器、选择接触器、变频器、软起动器、智能电机控制器和低压三相笼型异步电动机，变频器的进线端与变频器上选择接触器的下端相连，变频器的出线端与变频器下选择接触器的上端相连；软起动器的进线端与软起动器上选择接触器的下端相连，软起动器的出线端与软起动器下选择接触器的上端相连；智能电机控制器所在的电气分支回路中接有智能电机控制器选择接触器；变频器上选择接触器、软起动器上选择接触器以及智能电机控制器选择接触器的上端相连后与送电接触器下端相连；送电接触器上端与快速熔断器的下端相连；快速熔断器的上端通过负荷开关与电源相连；变频器下选择接触器、软起动器下选择接触器以及智能电机控制器选择接触器的下端相连后与低压三相笼型异步电动机相连。
4.根据权利要求1所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，其特征在于:所述的设备控制方式有扰动转换或无扰动转换选择功能，是在传统的低压三相笼型异步电动机起、停控制电气回路的接触器线圈分支回路中，加入设备控制方式有扰动转换开关、设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点、PLC控制的设备控制中间继电器常开触点、短接继电器及其常开触点； 设备控制方式有扰动转换开关有三个手柄操作位置:有扰动集中控制位、有扰动机旁控制位、无扰动置位位； 设备控制方式有扰动转换开关在其有扰动机旁控制位上接通的JP端通过设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点与手动启动按钮的一端相连，设备控制方式有扰动转换开关在其有扰动集中控制位上接通的JZ端通过PLC控制的设备控制中间继电器常开触点与手动启动按钮的另外一端相连，设备控制方式集中无扰动转换继电器常开触点所在的线路与PLC控制的设备控制中间继电器常开触点所在的线路并行对接触器线圈进行供电；设备控制方式有扰动转换开关在其无扰动置位位上接通的ZW端与短接继电器的线圈相连，控制短接继电器的得电或失电，JP端通过短接继电器两个常开触点分别与JZ端、ZW端相连，和JP端、JZ端、Zff端分别对应的另外一端相连后接到控制电源火线端； 设备控制方式集中无扰动转换开关控制设备控制方式集中无扰动转换继电器线圈的得电或失电，设备控制方式集中无扰动转换开关有三个手柄操作位置:无扰动集中控制位、无扰动机旁控制位、有扰动置位位；设备控制方式集中无扰动转换开关处于无扰动集中控制位时，设备控制方式集中无扰动转换继电器的线圈失电，设备控制方式集中无扰动转换继电器的常开触点断开；设备控制方式集中无扰动转换开关处于无扰动机旁控制位时，设备控制方式集中无扰动转换继电器的线圈得电，设备控制方式集中无扰动转换继电器的常开触点闭合；设备控制方式集中无扰动转换开关处于有扰动置位位时，设备控制方式集中无扰动转换继电器的线圈得电，设备控制方式集中无扰动转换继电器的常开触点闭合； 电气测试平台监控系统PLC根据装有被测试PLC设备控制程序的PLC系统即PLC程序系统发出设备起、停的信号控制设备控制中间继电器。
5.根据权利要求1所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，其特征在于:所述的变频器、软起动器、智能电机控制器投入选择功能是在组合电气传动系统控制回路中加入电器投入选择转换开关，电器投入选择转换开关有三个手柄操作位置:变频器投入位、软起动器投入位、智能电机控制器投入位，通过控制选择接触器来选择变频器、软起动器和智能电机控制器的投入； 所述电器投入选择转 换开关处于变频器投入位时，变频器上选择接触器线圈、下选择接触器线圈得电，变频器上选择接触器主触头、下选择接触器主触头吸合，变频器被投入； 所述电器投入选择转换开关处于软起动器投入位时，软起动器上选择接触器线圈、下选择接触器线圈得电，软起动器上选择接触器主触头、下选择接触器主触头吸合，软起动器被投入； 所述电器投入选择转换开关处于智能电机控制器投入位时，智能电机控制器选择接触器线圈预得电，智能电机控制器将被投入。
6.根据权利要求1所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台，其特征在于:所述电气测试平台监控系统能够通过其触摸屏来分页、动态地显示各个流程工业低压三相笼型异步电动机电气回路。
7.采用权利要求1所述的流程工业自动化系统PLC设备控制程序电气测试平台进行PLC设备控制程序电气测试的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:在未上电的状态下，检查好电气柜和基础动力设备平台的外观、电气元件、设备及接线的状况，将电气柜上所有抽屉式单元的抽屉推到位、固定式单元的单元门关好； 步骤2:在未上电的状态下，将电气测试平台监控系统与装有被测试PLC设备控制程序的PLC系统即PLC程序系统通过工控网线建立数据通讯通道； 步骤3:通过抽屉式单元的抽屉开关手柄先将主送电抽屉单元的电源合上，再将电气测试平台监控系统电源抽屉单元的电源合上，然后将电气测试平台监控系统固定单元内的电源合上，分页显示未被激活的各个静态电气回路图，最后将PLC程序系统的电源合上；步骤4:根据被测PLC设备控制程序，确定参与电气测试的电气回路并对其送电，同时在触摸屏显示被激活的电气回路图； (1)如果被测PLC设备控制程序涉及到变频器、软起动器、智能电机控制器的电气控制回路，则电器投入选择转换开关的手柄操作位置转到变频器投入位、软起动器投入位或智能电机控制器投入位； (2)如果被测PLC设备控制程序为对应单体被控设备的控制程序，则每个测试用例对应一个电气回路单元；如果被测PLC设备控制程序为对应被控设备组的控制程序，则每个测试用例对应至少两个电气回路单元； 步骤5:对具有无扰动转换功能类型的被测PLC设备控制程序进行电气测试，具体步骤如下: 步骤5.1:将设备控制方式有扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动置位位； 步骤5.2:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动机旁控制位，进行“无扰动机旁控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被控电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试； 步骤5.3:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动集中控制位，进行“无扰动集中控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被测PLC设备控制程序所控制的电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试； 步骤5.4:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于无扰动机旁控制位，对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，在信息反馈情况正常且被控电机运行的情况下，按下用于配合实现无扰动转换功能的预转换按钮，并在被测试的设备控制程序中设定的时间段内将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置从无扰动机旁控制位转到无扰动集中控制位，如已经运行的电机继续运行，则被测试的设备控制程序的无扰动转换功能编制正确，如果已经运行的电机停止运行，则被测试的设备控制程序的无扰动转换功能编制有缺陷，对其进行修改后再测试直至被测试的设备控制程序的无扰动转换功能编制正确； 步骤5.5:当参与测试的单个电气回路测试完成后，根据测试需要按照测试用例进行两个或以上电气回路的联动测试； 步骤6:对有扰动转换方式功能类型的PLC设备控制程序进行电气测试，具体步骤如下: 步骤6.1:将设 备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于有扰动置位位；步骤6.2:将设备控制方式有扰动转换开关的手柄操作位置置于有扰动机旁控制位，进行“有扰动机旁控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被控电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试； 步骤6.3:将设备控制方式集中无扰动转换开关的手柄操作位置置于有扰动集中控制位，进行“有扰动集中控制”模式下的测试:对参与测试的电气回路进行电机起、停操作，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况，在信息反馈情况正常且被测PLC设备控制程序所控制的电机运行的情况下，发出故障模拟信号或限位模拟信号，对照测试用例从触摸屏的被激活的动态电气回路图和PLC程序系统的上位机屏幕上观察信息反馈情况以完成测试； 步骤6.4:当参与测试的单个电气回路测试完成后，根据测试需要按照测试用例进行两个或以上电气回路的联动测试； 步骤7:PLC设备控制程序电气测试 完成后，将电气测试平台断电； 步骤7.1:断开参与测试的各电气回路单元电源； 步骤7.2:断开电气测试平台监控系统单元内的电源； 步骤7.3:断开电气测试平台监控系统电源抽屉单元电源； 步骤7.4:断开主送电抽屉单元电源； 步骤7.5:断开PLC程序系统电源。
【文档编号】G05B23/02GK103970123SQ201410164145
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】张杰卿, 吴永建, 理明明, 张立岩, 岳恒, 郑秀萍, 柴天佑 申请人:东北大学