・测试技术・ 低压电器（２０１０ＮＯ１４） 智能型万能式断路器通信可靠性 自动测试系统 曾成 。， 许广龙 ， 伍萍辉 （１，河北工业大学信息工程学院，天津３００４０１； ２．杭申集团有限公司博士后工作站，浙江杭州３１ １２３４） 摘要：针对智能型刀能式断路器严品通信功能。】靠性出Ｊ检验的需要，基于工 曾 成（１９７１－）， 业控制计算机和ＰＬｃ，开发ｒ一个自动测试系统。该系统能自动完成采用ＲＳ一４８５接 口和Ｍ。ｄｂｕｓ协议的万能式断路器的遥信、遥调、遥测、遥控等功能的测试。该系统已在 某公司万能式断路器装配流水线上试运行，效果良好。 关键词：万能式断路器；Ｍ。ｄｂ“ｓ协议：可靠性试验；自动测试系统 中图分类号：ＴＭ ５６１ 文献标志码：Ｂ文章编号：１０ｏ１－５５３ｌ（２０１０）ｌ４＿００３７ ５ 男副教授，研究方 向为信息融合智 能电器计算机测 控技术嵌入式系 统及其应用等 ，、、、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｙｐｅ Ａｉｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ ＺＥＮＧ Ｃｈｅｎｇ 一，ＸＵ Ｇｕａｎｇｌｏｎｇ ， ＷＵ Ｐｉｎｇｈｕｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４０ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｐｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈａｎｇｓｈｅｎ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ １ ２３４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ＰＬＣ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｉｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ，ｒｅｍｏｔｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｒｅｍｏｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｉｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒｓ ｗｉｔｈ ＲＳ一４８５ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｍｏｄｂｕｓ ｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｉｎｔｏ ｔｒｉａｌ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ ｏｆ ａ ｃｏｍｐａｎｙ，ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｗｅｌｌ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ（ＡＣＢ）；Ｍｏｄｂｕｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ０ 引 言 万能式断路器是低压配电大容量线路上常用 的重要保护元件，其工作的可靠性对于保证低压 配电主干线路乃至相关电网的安全稳定运行具有 重要的意义 ｌ 。针对万能式断路器产品的可靠 性检验自动测试系统已有很多的 。随着信息 技术的发展，目前的万能式断路器一般采用数字 能式断路器可靠性的一个重要方面，必须在产品 出厂前进行严格的测试和校验。 智能断路器的通信接口目前尚无统一的标 准，不同厂商的产品所采用的通信接口和协议往 往不相同。基于ＲＳ一４８５接口的Ｍｏｄｂｕｓ协议是 当前智能断路器中最常见的数据通信方式。然 而，不同厂商的产品即使采用相同的接口和协议， 它们之间也通常不具备互操作性，因此，智能断路 器通信功能的检验主要是根据厂商内部的协议规 范，进行以下２个方面的测试：①一致性验证，主 要目的是验证不同设计人员开发的不同规格型号 化的智能脱扣控制器，数据通信是智能控制器的 一项基本功能。利用智能控制器的数据通信功 能，可以实现对万能式断路器的遥测、遥信、遥控 和遥调，即“四遥”。数据通信的可靠性是整个万 产品的通信协议是否一致，是否遵循统一的通信 许广龙（１９８３一），男，硕士研究生，研究方向为通信与计算机测控技术。 伍萍辉（１９７０一），女，副教授，博士，研究方向为计算机测控技术。 一３７— 低压电器（２０１０１￣１４） ・测试技术・ 规范；②通信功能可靠性测试，断路器往往工作 于强电磁环境，在这种环境中能否保证数据传输 ＲＴＵ通信模式是在消息的每８ ｂｉｔ包含２个４ ｂｉｔ 的十六进制字符，该方式的主要优点是在同样的 波特率下比ＡＳＣＩＩ通信方式传送更多的数据。 标准的Ｍｏｄｂｕｓ是使用ＲＳ一２３２串行接口， 的稳定可靠，需要模拟真实工作场景来进行测试。 当前的一些通用通信协议测试软件或系统主要着 眼于一致性的验证 ，其测试内容全面，测试过 但由于ＲＳ一２３２常受到传输距离的，目前已 广泛采用ＲＳ一４８５串行总线标准，采用平衡传输 方式，通信距离可达上千ｍ，为现场设备的控制提 供了很大的方便。 程复杂，操作较为繁琐，一般没有针对具体产品的 应用层定义，主要适用于在实验室进行通信协议 的全面验证。从产品检验的角度来看，通信协议 的一致性在产品定型时已经过全面验证，无须再 做详细测试，产品通信测试的重点应放在功能可 靠性校验方面，并且其测试系统应具有效率高、操 作简便的特点。 本文针对万能式智能断路器产品通信可靠性 的出厂测试检验，开发了一套以工业控制计算机 和ＰＬＣ为控制核心的通信协议自动测试系统。 该系统主要针对测试基于ＲＳ一４８５接口的 Ｍｏｄｂｕｓ协议进行设计，通过相应的协议转换装 置，也能用于其他类似通信协议的测试。为提高 测试工作效率，系统主要着眼于通信功能的检验 而不是通信协议的全面验证，故设定了固定的测 试项目并设计了相应的测试流程，在软件的控制 下能自动完成智能断路器的“四遥”基本功能的 测试。此外，该系统是以万能式断路器大电流试 验系统为基础 ，在其中一些测试项目中可以对 断路器主回路通实际的负载电流、模拟断路器的 现场工作状态进行通信功能的测试，使测试结果 更真实可信。 １ Ｍｏｄｂｕｓ通信协议概述 Ｍｏｄｂｕｓ协议是一种工业现场总线通信协议， 通过该协议，实现不同厂商生产的控制设备之间 以及控制设备经由网络和其他设备之问方便的通 信。它定义的是一种设备控制器可以识别的信息 帧结构，于物理层介质，可承载于多种网络类 型中。由于Ｍｏｄｂｕｓ总线系统开发成本低、简单 易用，并且现在已有很多ＰＬＣ、变频器、显示屏等 都具有Ｍｏｄｂｕｓ通信接口，因此，它已经成为一种 公认的通信标准。 Ｍｏｄｂｕｓ协议具有２种传输方式，即ＡＳＣＩＩ模 式和ＲＴＵ模式。ＡＳＣＩＩ通信模式在消息中的每 ８ ｂｉｔ作为２个ＡＳＣＩＩ字符发送，该方式的主要优 点是字符发送的时间间隔达１ Ｓ而不产生错误； 一３８一 ２ 系统要求 该系统要求和主要技术指标如下： （１）通信格式。断路器的通信格式采用标准 的Ｍｏｄｂｕｓ协议ＲＴＵ模式，１个起始位，８个数据 位，无奇偶校验，２个停止位，并使用ＲＳ一４８５串 行接口实现数据的传输。 （２）测试内容与项目。结合智能断路器的 “四遥”功能要求，分别在空载（主回路不通电流） 和负载（主回路通以实际电流）条件下，利用通信 接口读写断路器的参数、状态，并进行遥控分合闸 操作。①空载条件下断路器保护整定参数的读 取与写入，测试其“遥调”功能；②空载和负载条 件下断路器实际工作状态的读取，测试其“遥信” 功能；③空载和负载条件下遥控进行分合闸操 作，测试其“遥控”功能；④负载条件下的电流、电 压监控和过载预报警测试，综合测试其“遥测”和 “遥信”功能。对于负载监控可监控支路负荷的 卸载或重合闸操作，过载预报警测试可成功输出 触点信号。 （３）具有良好的人机交互界面，可以方便地 设置相关测试参数，并对整个测试过程进行实时 监控。 （ｄ）结果的输出。测试结果以报表形式输 出，并可根据需要进行存储、打印等工作。 （５）测试效率。每台断路器通信功能测试所 消耗的时间不超过５ ｍｉｎ。 ３ 硬件设计 根据系统要求，以万能式断路器装配流水线 上现有的大电流实验系统为基础，添加适当的通 信接口装置，构建测试系统硬件。硬件基本原理 如图１所示。 ・测试技术・ Ｒｓ一４８５ 万能式 断路器 图１ 系统基夺原理框图 该系统以工业控制计算机（简称工控机）和 ＰＬＣ为控制核心。工控机作为上位机，主要用于 实现人机交互、完成测试参数的设置、现场数据的 实时显示、测试结果的存储与显示、打印或¨Ｉ二传测 试报告等工作。ＰＬＣ作为下位机，一方面接收工 控机的控制参数和控制命令，对测试过程进行实 时控制，采集系统和被测断路器二次回路的实时 状态并将其传回工控机。同时，ＰＬＣ通过 ＲＳ一４８５接口与被测断路器相连，基于Ｍｏｄｂｕｓ协 议构成主从式通信结构，用于实现测试系统与被 测工件的实时通信。 可调大电流电源可输出０～６ ０００ Ａ的低压 大电流，通过切换电路和大电流夹具，能为被测断 路器主回路提供不同大小、不同接人方式的实际 负载电流，以模拟断路器的实际负载工作条件，从 而测试断路器通信功能的可靠性。二次回路夹具 与被测断路器的二次端子相连，用于为断路器提 供必要的二次电源，同时也能检测断路器的工作 状态。将二次端子的状态与由通信接口获取的断 路器状态进行比较，可作为判断通信功能正确与 否的依据。 在该系统中，实现断路器“四遥”功能测试的 原理和方法如下： （１）遥信。通过通信接口读取被测断路器的 状态，并将其显示于上位机的监控界面，如是否合 闸、储能等，并与由二次回路夹具获取的状态进行 比较。若一致则表明遥信功能正常。 （２）遥测。在主回路大电流接通条件下，通 过通信接口读取被测断路器的相电压、线电流等 参数，并结合当前主回路的测试连接方式，与可调 大电流电源输出的实际电Ｊ土、电流值进行比较，若 两者差异小于一定阈值，则表明遥测功能正常。 （３）遥控。结合测试流程的需要，通过通信 接口来控制被测断路器的合闸与分励。若断路器 及时响应控制命令并产生相应的动作，则说明遥 控功能正常。 低压电器（２０１０１￣１４） （４）遥调。遥调主要用来实现断路器某些保 护参数（如整定电流、整定延时时间）的调整。参 数在上位机设定，并通过ＰＬＣ写入被测断路器。 写入操作完成后，上位机将再次发出参数的读取 指令，以验证参数的修改是否成功。 ４ 软件设计 测试系统的软件设计主要包括上位机和下位 机两部分，上位机软件采用力控Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ６．０ 组态软件，通过良好的人机交互界面实现测试参 数的设置、现场数据的实时显示以及整个测试过 程的控制等功能；下位机采用ＷＰＬＳｏｆｌ软件编写， 根据上位机发送的控制命令完成系统硬件设备的 实时控制和现场数据的实时采集。 ４．１上位机软件设计 上位机控制程序总流程如图２所示。软件启 动后，首先执行系统的初始化，完成ＰＬＣ及相关 图２上位机控制程序总流程 硬件设备的复位。初始化完成后，进入用户登录 界面，登录系统后将进行待测产品信息和测试参 ３９— 低压电器（２０１０１￣１４） ・测试技术・ 数的设置。在确认参数的设置准确无误后，系统 接通待测产品的二次电源进人测试阶段，同时在 测试的过程中系统将对主电源和二次电源进行实 时监控，若电源出现异常，系统将自动终止测试。 为了提高工作效率，系统设定了固定的测试 项目和相应的测试流程，能够自动完成整个测试 过程，并可对断路器的工作状态和相电压、线电压 等参数进行实时监控，测试项目可分为： （１）空载状态下遥信、遥控、遥调功能的测 试。在主回路不通电流的条件下，系统将通过通 信接口完成被测产品与ＰＬＣ之间的数据通信。 上位机读取二次端子的状态并将其与经过通信接 口获取的数据进行比较，判断测试结果是否合格。 （２）负载条件下的电流电压监控和过载预报 警测试。负载监控及过载预报警测试均是在主回 路通实际电流的条件下进行。①负载监控测试。 负载监控主要用于控制支路负荷，可分别搞定２ 个整定电流：负载监控１整定电流， 和负载监 控２整定电流，， ，负载监控有２种监控方式：一 种是卸载两路负荷（整定电流分别对应， ．、 ，。 ），当运行电流超过１．１倍整定值时，将按照过 载反时限特性延时发出触点信号来分断支路负 荷，从而保证主系统的供电；另一种一般用于监控 一个支路的卸载和重合闸，当运行电流超过整定 电流ＩＬＣ １．１倍时，延时发出触点信号，分断支路 负荷，若分断后运行电流恢复正常，当电流值低于 ｋ（一般整定分 ＜， ），且持续稳定６０ Ｓ后， 控制器将再次发出一个触点信号，重合闸已分断 的支路负荷，恢复系统供电。在实际的测试过程 中，系统将根据控制器内设定的负载监控整定电 流值，通过ＰＬＣ控制可调大电流电源向断路器通 测试所需的大电流，同时观察控制器是否发出分 断或重合闸信号。②过载预报警测试。过载预 报警测试则主要检测在运行电流超过１。１倍整定 值时，控制器是否能发出一个无源触点信号，进而 通过继电器驱动指示灯表示断路器已到达过载状 态。测试完成后，系统自动将测试结果显示于测 试报告中，并可根据需要进行存储、打印输出予以 存档，之后用户可根据需要选择继续新的测试或 注销退出系统。 ４．２下位机软件设计 下位机控制程序流程图如图３所示。 ．．．——４０．．．—— 图３ Ｆ位机控制程序流程图 下位机作为执行装置主要完成： （１）通信格式初始化。为了保证通信的可靠 性，在系统启动时需要对通信的波特率、数据位、 奇偶校验位、停止位及传输模式进行初始化。 （２）控制器参数的读取与写入。程序中数据 的读取操作根据参数类型将其划分为基本参数读 取、故障参数读取、整定参数读取以及产品信息参 数读取几部分。参数的写入主要是整定参数和控 制命令的写人。 （３）接收工控机的控制命令。工控机与ＰＬＣ 通过ＲＳ一２３２串行接口实现数据的交换，ＰＬＣ将 根据工控机发出的控制命令执行相应程序，进而 控制相关设备的运行。 （４）故障处理。若数据在接收与传送的过程 中出现错误以及被测断路器或智能控制器在测试 的过程中出现故障，系统将自动终止测试，并接通 相应的报警信号，同时以对话框的形式提示用户 可能出现故障的位置。当故障部位清除完毕后用 户可对被测产品进行新的测试，此时报警信号将 被自动清除。 ５ 结 语 万能式智能断路器的通信功能可靠性是产品 出厂检验的一个重要测试项目。本文根据某公司 万能式断路器装配流水线上自动测试断路器通信 功能的要求，开发了一个基于工控机和ＰＬＣ的自 动测试系统。该系统以万能式断路器大电流试验 ・测试技术‘ 低压电器（２０ｌ０№１４） —｝１ １ｊ（上接第９页） ［５］ ＫＷＩＡＴＫＯＷＳＫＩ Ｒ，ＶＬＡＤＩＭＩＲＥＳＣＵ Ｍ，ＺＹＢＵＲＡ ｉｎｇｓ，ＩＣＭＭＴ，２００８：５０４—５０７． Ａ，ｅｔ ａ１．Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ ［８］ ＹＥＡ Ｚ Ｂ，ＬＩＢ Ｓ Ｓ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕ— ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔｓ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｉｔｉｅｓ ｂｙ ＦＤＴＤ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＳＯＣ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ—Ａ Ｓｗｉｔｃｈ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ ｌｃ Ｉ∥２００９ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ＩＥＥＥ Ｈｏｌｎｉ Ｃｏｎｆ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔｓ，ＵＳＡ，２００２，２１— Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００９，６３（１）：８—１４． ２３． ［９］ ＪＯＨＮＳＯＮ Ｋ Ｌ．Ｃｏｎｔａｃｔ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ １． Ｃａｍ— ［６］ ＡＬＴＳＣＨＵＬＥＴ Ｈ Ｍ，ＯＬＩＮＥＲ Ａ Ａ．Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓ ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｍｅｌ— ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｆ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｓｔｒｉｐ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｏｕｒｎｅ １９８５． ｌｉｎｅ［Ｃ］∥ＩＲＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ［１０］ 甘本祓，吴万春．现代微波滤波器的结构与设计 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１９６０（５）：３２８—３３９． 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