控制与保护开关电器控制板检测系统设计--p
控制与保护开关电器控制板检测系统设计
摘要
控制与保护开关电器集成断路器、接触器、热继电器及隔离器为一体，具有短路分断能力
高、体积小、功能全、操作寿命长、可靠性高等特点，有效的减少了电机控制系统线路中元件
品种及数量，是低压配电与控制系统一种理想的基础元件。根据国家相关标准，控制与保护开
关电器的控制板必须进行出厂检测。
本文中检测系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的 Lab VIEW 虚拟仪器
软件开发平台，以****开关制造有限公司研制与生产的 CB1 系列控制与保护开关电器为检测对
象，设计出一种控制与保护开关电器控制板自动检测系统，实现对 CB1 系列控制与保护开关电
器控制板的电源电路、电流采样电路、热容电压电路、短路输入脉冲信号波形、脱扣电压波形
进行实时全自动检测，可以满足该产品的出厂检测需要。
本文首先对控制与保护开关电器控制板检测系统设计的意义、研究重点、研究状况进行了
介绍；并对基于虚拟仪器技术的数据采集系统设计进行了概述。本文将 Lab VIEW 软件引入控
制与保护开关电器产品的检测系统中，开发了基于 Lab VIEW 的控制与保护开关电器控制板检
测系统。该系统利用高速采集卡对待测的控制与保护开关电器控制板进行模拟量和数字量的输
出、采集与控制；上位机程序将高精度采集卡输入的信号数据进行采集记录和分析处理，实现
相应信号波形的测量、显示、分析、保存等功能。本文对控制与保护开关电器控制板数据采集
系统的硬件配置与软件设计分别做了详细的介绍。
实际应用表明，本文设计的系统具有使用方便、人机界面友好，监控效率高等优点，对于
了解控制与保护开关电器的工作状态和改进控制与保护开关电器的设计具有十分重要意义。
关键词： 控制与保护开关电器，控制板，检测，虚拟仪器技术，数据采集
Abstract
Control and protective switching devices integrated circuit breakers, contactors,
thermalrelays and isolator as a whole, with the advantages of short-circuit breaking capacity,
compact,full-featured, long operating life, high reliability and so on, effectively reduce the motor
controlsystem circuit component species and quantities, which is an ideal base components of
low-voltage power distribution and control system. According to national related standards,
thecontrol board of control and protective switching devices must be ex-factory tested.
This test system’s function realization is based on the idea of virtual instrument technologyin
this article, selecting an open Lab VIEW virtual instrument software development platform,the
CB1 series of control and protective switching devices, which are Changshu
SwitchgearManufacturing Co’s development and production, are the target of test project, to
design aautomatic test system of control and protective switching devices control board, to
achieve theautomatic test of power supply circuit, the current sampling circuit, the heat
capacity-voltagecircuit, short circuit the input pulse signal waveform, release voltage waveform of the
CB1 seriesof control and protective switching devices control board in real time ,to meet the
needs offactory testing of the product.
Firstly, the sense, research priorities, research status of the test system for the control
andprotective switching devices control board are introduced; and the design of data
acquisitionsystem based on virtual instrument technology are outlined. This article will introduce Lab
VIEWsoftware to the control and protective switching product testing system, developing the
testsystem of control and protective switching control board based on Lab VIEW. The system
useshigh-speed acquisition card on the measurement of control and protective switching
devicescontrol board for analog and digital’s output, collection and control; PC program uses the
inputsignal data of high-precision capture card collect records and analysis processing,
realizing the corresponding signal waveform measurement, display, analysis, preservation and other
functions.
In this paper, control and protective switching control board data acquisition system’s
hardwareconfiguration and software design are introduced in detail.
The application shows that the designed system has the advantages of used easily,
friendlyinterface and high efficiency monitoring and so on, which is very important for
understandingthe working status of the control and protective switching devices and improving
the design ofthe control and protective switching devices.
KeyWords: Control and protective switching devices; Control board; Test;
VirtualInstrument technology; Data acquisition。
1.绪论
1.1、研究背景与意义。
控制与保护开关电器集成断路器、接触器、热继电器及隔离器为一体，具有短路分断能力
高、体积小、功能全、操作寿命长、可靠性高等特点，有效的减少了电机控制系统线路中元件
品种及数量，是低压配电与控制系统一种理想的基础元件。
CB1 系列控制与保护开关电器是由****开关制造有限公司研制与生产的新一代电气产品，
主要用于交流 50Hz，额定工作电压至 690V，额定电流自 0.15A 至32A 的电动机的控制与保
护，适用于频繁操作控制，能够接通、承载、分断正常条件下的电流，如过载电流，并能接通
承载分断非正常条件下的电流，如短路电流。根据国家相关标准，CB1 系列控制与保护开关电
器的控制板必须进行出厂检测，为此****开关制造有限公司委托**理工学院电气与自动化工程
学院研制一套检测系统。
虚拟仪器有许多传统仪器不能比拟的特点：仪器的功能可由用户根据需要自己定义，而不
是事先由厂家定义好。仪器性能的改进、更新和功能的扩展，只需进行软件的设计和更新，而
不需要购买新的仪器，可大大节省仪器的开发费用和开发时间。虚拟仪器开放、灵活，可与网
络及其周边设备互连。虚拟仪器的硬件主要是传感器、数据采集卡及计算机系统。在确保传感
器、数据采集卡精度和计算机系统稳定可靠的前提下，基本不存在类似传统仪器的硬件损坏和
元件温度漂移等方面的问题，其测试精度、测试稳定性和可靠性等都比传统仪器更高。因此，
虚拟仪器在智能低压电器如控制与保护开关电器产品的出厂检测方面的应用前景非常广阔。
在计算机技术的推动下，以虚拟仪器为标志的通用化、智能化和网络化测控系统得到了迅
猛发展，使得测控系统的设计方法和实现技术产生了深刻的变化。虚拟仪器技术综合运用了计
算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法，代表了现代测量仪器和自动测
试系统未来的发展方向，在测试与测量、过程控制与工业自动化和实验室研究等领域得到了越
来越广泛的应用。
传统测试方法存在成本高、装置体积庞大、自动化程度低，数据不集中难以进行相关分
析，且大量的信号采集工作重复化的弊端。本课题中检测系统的功能实现采用虚拟仪器技术的
思想，选择开放式的 Lab VIEW 虚拟仪器软件开发平台，以****开关制造有限公司研制与生产
的CB1 系列控制与保护开关电器为检测对象，设计出一种控制与保护开关电器控制板自动检测
系统，实现对控制与保护开关电器控制板相关性能的检测，可以满足该产品的生产与出厂检测
需要。
1.2、国内外研究现状。
控制与保护开关电器是低压配电与控制系统一种理想的基础元件，它是低压电器的一种。
国内外的研究人员及工程师们在低压电器自动化检测系统设计及虚拟仪器技术应用等方面进行
了相关的研究，部分研究成果如下：
谢启等在《基于 Lab VIEW 的电子线路板测试系统的实现》一文中通过采用计算机、数据
采集卡等硬件与在Lab VIEW 虚拟仪器平台上开发的软件构成了一套完整的、全自动的电动机
软启动器电子线路板测试系统。从硬件和软件功能两方面对测试系统的实现方法及功能进行了
详细的介绍。最后从实际应用的角度，表明该系统具有测试精度高、开发成本低、抗干扰能力
强、检测效率高、操作简单等优点。
苏金州等在《基于 Lab VIEW 软件的电磁电器测试系统软件设计》一文中通过采用软件滤
波、波形处理、后台计算、报表设计、数据库、波形分析等方法，形成操作简单、方便，测试
精度高，性能优良，功能强大的电磁电器测试及分析平台，并完成整体样机的软硬件设计。
高琴妹等在《基于虚拟仪器技术的万能式断路器检测系统设计》一文中设计了一套以工业
控制计算机为核心，配置高精度数据采集卡和信号调理电路等硬件，采用先进的虚拟仪器技术
Lab VIEW 7 Express 软件开发平台自行开发数据采集、分析、处理软件，通过 PCI 标准总线组
成的高度集成的自动检测系统，可满足 CW2 系列智能型万能式断路器产品的出厂检验要求。
文中详细介绍了系统总体方案设计和软件的实现。
中忠如在《电气测量技术》书中首先介绍测量与测量系统所必需的基础知识，然后对电气
参数、电路参数和磁参数的测量进行重点阐述，并突出数字化、微机化的测量方法。书中还对
代表未来测量仪器发展方向的虚拟仪器及开发语言做了简要介绍。最后从实用的角度出发介绍
了在电力系统中常见干扰的来源与相应的抑制措施。
张磊等在《基于虚拟仪器继电器特性试验系统研究》一文中通过文件读取、数据索引等设
计，实现了网络系统的通用性和扩展性。三段式保护试验中自主故障点的设置，实现限时电流
速断保护和定时限过电流保护，并且模拟显示各分段保护区之间动作的延迟效果。网络试验功
能的研究为继电保护实验提供了新的实验方法。
顾启民等在《基于 Lab VIEW 的智能控制器自动测试系统的研制》一文中研究了采用计算
机、数据采集卡等硬件和在Lab VIEW 虚拟仪器平台上开发的软件构成一套完整的、全自动的
CW 系列智能控制器测试系统。实现对控制器的保护动作特性、负载监控等功能进行自动检
测。从硬件特别是软件功能方面对测试系统的实现方法及功能进行了详细的介绍。
郭亮等在《基于虚拟仪器的低压电器温升测试系统》一文中阐述低压电器温升测试中引入
虚拟仪器的技术，尝试使用智能化的手段来改变以前的电器产品性能测试方法。
重点阐述了使用传感器、数据采集卡和 Lab VIEW 软件构建低压电器产品温升测试系统的
原理，最后以低压电器温升极限和变压器温升测试为突破口编写软件来完成报告数据和图像的
生成。
涂水林等在《万能式断路器综合性能检测系统研制》一文中介绍了一套基于虚拟仪器技术
的万能式断路器综合性能检测系统设计方案。系统以工控机为控制核心，配置数据采集卡、信
号调理电路和三相大电流发生器、气动夹具等组成系统硬件平台，利用 Lab VIEW 软件开发相
关测试及数据处理软件，实现数据采集和处理，满足了万能式断路器综合性能检测的需要。最
后通过实际运行表明该系统具有稳定可靠、操作方便、维护简单的特点。
张学军等在《虚拟仪器在低压电器测试中的应用》一文中写到：开关电器的触头在分断电
路时，如果分断电路的电压和电流都大于生弧电压和生弧电流，则在触头之间不可避免地要产
生电弧。在电弧高温作用下会使触头烧损，烧毁电器其他的部件或发生相间短路，甚至会引起
电器的爆炸而发生火灾。因此必须通过严格的试验，考核开关电器在非正常工作条件下接通和
分断电路的能力。为了准确地测量主电路上的线电压、断口电压及试验电流的瞬态波形，建立
一个功能完善的数据采集系统，用以分析试验中的电器参数，就显得十分重要。而虚拟仪器有
许多传统仪器不能比拟的特点，虚拟仪器在各种低压电器测试测量方面的应用前景非常广阔。
在中文科技期刊全文数据库、万方数据知识服务平台、国道外文数据库、PQDD(欧美博硕
论文全文数据库)、美国科学院院报PNAS、EBSCO 全文期刊数据库等多个数据库中，未查找
到关于控制与保护开关电器控制板检测系统设计的相关研究文章。而采用虚拟仪器技术来构建
控制与保护开关电器控制板检测系统的思路和设计方案也未被提及。
摘要：
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控制与保护开关电器控制板检测系统设计 摘 要 控制与保护开关电器集成断路器、接触器、热继电器及隔离器为一体，具有短路分断能力高、体积小、功能全、操作寿命长、可靠性高等特点，有效的减少了电机控制系统线路中元件品种及数量，是低压配电与控制系统一种理想的基础元件。根据国家相关标准，控制与保护开关电器的控制板必须进行出厂检测。 本文中检测系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的Lab VIEW虚拟仪器软件开发平台，以****开关制造有限公司研制与生产的CB1系列控制与保护开关电器为检测对象，设计出一种控制与保护开关电器控制板自动检测系统，实现对CB1系列控制与保护开关电器控制板的电...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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时间：2023-04-28
