绝缘材料电压击穿检测系统设计

北方工业大学信息学院 宁可庆 蒋 林 薛连恺

侯 媛 崔进宝

近年来，人们对各种家用电器、低压电器设备、电器器具、绝缘材料和绝缘结构的抗电性能安全要求的不断提升，安全测试设备已经广泛渗透到社会的各个领域，科学、准确、高效地检定绝缘材料耐电压特性已经必不可少。本项目在研发新型高精度电压击穿试验机的同时，开发出一套自动检测系统，该系统具有记录、存储、查询、打印实验列表等功能，大大提高了检测的效率和质量，使检测结果更加客观可靠。1.背景

随着经济的飞速发展,人们对各种家用电器、低压电器设备、电器器具、绝缘材料和绝缘结构的抗电性能安全要求的不断提高,安全测试设备已经广泛渗透到社会的各行各业,安规系列仪表设备的需求和对其各项性能指标的检测要求也越来越高。绝缘材料电压击穿检测仪器作为安规系列仪表的重要仪器之一,其性能指标的优劣性与工业生产和人们日常工作生活的安全息息相关。因此，近年来安规设备的研究热点就包括科学、准确、高效地检测材料击穿电压的系统开发。另外还有丰富的片上外设，包括16通道的12位ADC、7通道的DMA控制器、16位定时器、USART接口、CAN接口（2.0B）和USB2.0全速接口（12Mbps）等。STM32F103VBT6有80个快速、多功能双向5V兼容的I/O口，并且所有I/O口都能映像到16个外部中断；每个I/O管脚都可以配置成输出（推拉或开路）、输入（带或不带上拉或下拉）或其他的外设功能口模式；大部分I/O管脚都和数字或模拟的外设复用，所有的I/O管脚都能够通过大电流。

微处理器系统硬件实物如图2所示，其以STM32微处理器为核心设计一块独立的控制检测模块。在控制模块上设计有排座、排针和DP9式的接口，方便连接外围功能设备以及设备的测试调试。本设计中STM32F103VBT6外接8 MHz晶振采用手动和上电自动复位启动方式选择Flash启动。2.电压击穿检测系统总体设计电压击穿检测系统主要由上位机、控制主板、电源、步进电机、继电器、调压器和高压变压器等主要部分构成。系统结构如图1所示。图1 电压击穿检测系统结构框图图2 STM32电路图

在上位机端装有专门开发的控制软件，通过RS232串行总线与控制主板进行通讯，实现试验参试的设定和保存，并将升压速度，峰降电压和终止电压等相关参数下发至控制主板。具有记录、存储、查询、打印实验列表等功能。

控制主板主要由电源、微控制器、AD转换器、步进电机控制电路和继电器控制等电路构成。微处理器是控制主板的核心，通过串行接口接收来自上位机的控制参数，按照设定参数进行试验控制，实时监测加载在绝缘材料两端的电压和流过材料的漏电流，根据设定参数实时判断材料是否击穿，并将实时采集的电压和电流参数上传至上位机。

步进电机带动调压器按照设定速度进行升压。继电器是控制高压的输出和关断。

3.主控模块设计

主控模块主要由电源、滤波、电压采集、电流采集和步进电机控制等模块组成。其主要由主控芯片对系统运行的数据进行采集和处理，实现了升压控制和击穿状态实时监测等功能，通过外围设备接口电路的设计以及控制程序的设计实现系统的运行管理。3.1 微处理器电路设计

STM32F103VBT6微控制器的内核结构为先进的Cortex-M3，主频为72MHz，拥有128KB的闪存和20KB的RAM，

3.2 滤波电路设计

在低频信号应用领域中，利用有源低通滤波器可以将没用的高频信号进行衰减，有用的低频信号进行放大，其以体积小、集成度高、设计灵活的电路性能得到广泛应用。电路中仪表端信号被处理后高频干扰噪声很大，而且噪声的幅度大于信号幅度，需要滤波电路将高频噪声滤除，由于噪声是相对于有用信号的高频信号，所以应该采用低通滤波电路滤除噪声，这样可以有效地提高信噪比。为加强滤波功能，充分地达到我们的要求，本实验采用二阶低通滤波器，该二阶低通滤波器由两级RC滤波电路和同相比例放大电路组成，在运算放

图3 有源低通滤波电路图大器输出端到运放同相输入端之间引

入一个负反馈，这样电路的输出电压与输入电压的相位相反，通过负反馈能够削弱输入信号，进而减小电压的放大倍数，使高频信号通过该低通滤波器后迅速衰减，低频信号可顺利通过。滤波电路如图3所示。3.3 A/D转换电路设计

AD7705是美国AD公司新近推出的一种低成本高分辨率A/D转换器它适用于宽动态范围测量工业控制或工艺控制中的低频信号的转换。本

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ELECTRONICS WORLD・技术交流图4 ADC电路图

片，通过AD7705芯片对信号的进一步处理后便可得到转化后的数字信号。在本模块中还采用5V电压基准芯片为AD7705提供其工作所需的精准基准电压值，晶振采用4MHz的无源晶振，为该芯片提供主时钟，本级模块电路图如图4所示。

3.4 电源电路设计

控制主板上芯片采用

图6 软件流程图﹢5V、-5V和3.3V供电，为

了抑制前端高压的干扰，采用了5V转5V的隔离模块。为了简化电源设计，直接采用ICL7660将﹢5V电源转成-5V，给有源滤波运放供电。通过SPX1117-3.3将+5V转成+3.3V给微处理器供电。电路图如图5所示。

4.控制模块软件设计

主控芯片采用STM32F103VBT6芯片, ST公司给出了该芯片的底层库和丰富的例程。使用时只要调用所需的库函数即可。本系统总流程如图6。

5.总结与展望

图5 电源电路图

设计选择性能更优价格低廉的AD7705，信号经模拟放大电路处理后，满足了AD7705芯片对输入模拟电压的要求，即可进入AD7705模数转换芯

本文设计一套绝缘材料电压击穿检测系统，能够实现对绝缘材料耐压特性和击穿特性科学、准确、高效地检定。本项目在研发新型高精度电压击穿试验机同时，开发出完善的上位机控制和管理系统，整个系统能够记录、存储、查询、打印实验数据，经过多厂家使用验证，达到业内需求标准。

浅谈二次滤网自动控制系统PLC改进

并纳入DCS监控

浙江嘉化能源化工股份有限公司 许 娜

1.二次滤网自动控制系统发展趋势

在本次的研究当中该发电厂运用冷却水塔来作为供水循环系统，其水的供给是来自于该发电厂的地下管网，水源是就近的一条河流，因为自身受到了严重的污染，而且河水当前各种杂物在不断增多，使得整体的水循环过滤设备承受了更高的工作量。且在整个水循环系统当中，一次、二次过

此文就当前二次滤网的工作流程进行相关的论述，并且对运作期间存在的问题进行分析和探讨，同时对出现的问题给与一定的改进方案，在此基础上设计了PLC自动化控制逻辑，同时在分散控制的系统当中开展了逻辑和画面的组态，进而在整个的电厂当中实现了二次滤网的全场自动化监控，对于二次滤网的整体工作性能和稳定性都有着非常明显的提升。引言：在当前的发电厂运营期间，凝汽汽轮发电机等设备和鼓风机是确保生产供电和供风的重要方式，是确保整个机组可以在良好的水循环系统下进行运作的重要保障，同时也是提升整体水质的重要前提。为了更好的提升当前水循环系统当中整体水质，那么就必须要在循环泵的进口位置安装上阻拦网或者是一次滤网等装置，从而来对水进行初期的粗略过滤；在整个水循环系统的泵口到凝汽设备入口之间的管道进行二次滤网的安装，进而对整体水质进行细致的过滤；在凝汽设备的水侧装设上胶球自动清理设备，从而来对凝汽设备的内部进行清理，进而确保整体的凝汽设备可以随时具有高效的换热功能。（张向民，二次滤网自动控制系统PLC改进并纳入DCS监控：中小企业管理与科技(上旬刊)，2018）滤网是非常重要的设施，同时也是决定水质能否有效过滤的必须要条件，特别是二次过滤网如果不能正常的进行运作，那么水体当中的颗粒状物体就会在凝气设备的铜管当中出现堵塞的情况，从而也会导致胶球清理设备不能起到相应的效果。如果是凝汽设备的内壁出现的结垢需要清理，会导致传热性能大打折扣，同时也会使得真空度不断的降低，进而对整体机组的正常运行带来一定的影响。如果是真空度出现严重的降低，那么就会使得整体机组的负荷出现被迫下降的情况，在对凝汽设备半边解列进行人工清理时，必须要投入到大量的资源，进而这样的情况就会给发电厂整体的安全性和经济性带来一定的影响。在发电厂当中二次过滤网原来的电气自动控制使用的是继电器控制系统，一般都装设在就地的控制柜当中，并且问题出现的几率非常的高，如果是想要进行维护是非常困难的，同时只是可以进行就地的监控和操作，对于远程操作和监控都无法实现，这样的情况使得相关

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