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家電通用安全組合測試系統的研制及其網絡化應用

文檔作者：石光明		點擊數：	更新時間： 2021年07月12日
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華南理工大學
碩士學位論文
家電通用安全組合測試系統的研制及其網絡化應用
姓名：石光明
申請學位級別：碩士
專業：控制工程
指導教師：羅飛;周文成
20041106
摘要
摘要
我國 是 家 電生產和消費大國，如在2003年1-10月我國向205個國家和地區出口家
用電器商品。根據有關資料分析，世界家電銷售額約為2000億美元，我國家電工業銷
售額約占世界的796，僅次于美國、日本，居世界第三。家電工業也是我省機電產品出口
的重要組成部分，是我省重點支柱產業之一。家電工業的發展，對推動國民經濟快速增
長，擴大內需，提高人民生活質量起到了顯著作用。據省統計局資料我省家電電器制造
業2000年工業總產值638.89億元，占全省工業總產值16904.47億元的396;利稅總額
30.72億元，占全省工業利稅總額1311.40億元的3.7696。家電電器制造業在我省工業
中占有重要的地位，產量占全國的1/3左右.
在我 國 ， 人民生活水平不斷提高，對家用電器的需求量越來越大。各類家用電器在
全國城鄉得到迅速普及。但各類家用電器的廣泛使用，由此帶來的人身事故也大為增加。
給生命財產帶來危害，觸電傷亡和電氣火災是常見例子。因此，家用電器的使用安全性
這一重要問題，己成為決定產品質量各要素的首要問題。
家電 產 量 大，企業多，必須配置該類儀器決定了通用安全測試儀器巨大的市場空間，
使得通用安全測試儀器具有深厚的發展基礎和廣闊的市場。同時，必然會有大量的儀器
企業來爭奪該市場.
本項 目 從 用戶的角度出發，設計時重點考慮安全性、準確性、可靠性和易用性等最
重要的要素。針對不同的市場需求，既有滿足小批量測試的單臺儀表方式，也有面向工
程測試、適合生產線上大批量測試使用的檢測線方式:既有簡單的單一功能的設備，也
有節省空間的多功能組合測試設備。從而本項目研制的測試儀器具有多品種、多檔次、
標準化和系列化的特點發展，以滿足不同層次、不同應用場合的測試要求。
本項 目 開 發研制中，除了考慮人身安全工作外，還考慮儀器設備的安全工作，滿足
GB4793. 1-1995測量、控制和試驗室用電氣設備的安全要求(idt IEC1010-1: 1999).
測試裝置采用模塊式設計，由各功能模塊組合而成，采用抗干擾措施。各模塊的設計皆
符合國際電工委員會標準IEC335-1及國家標準GB4706. 1-98《家用和類似用途電器的
安全第一部分:通用要求》中的有關條款規定。本系列測試裝置分為單臺儀表方式，
多臺組合儀表方式和檢測線方式。本項目重點考慮后兩種的開發，即家電通用安全組合
測試系統的研制并考慮了遠程故障分析、升級等其網絡化應用，開發的Si和ST系列儀
表，在開發工作中，應用單片機(MCU)、可編程邏輯控制器(PLC)和計算機(PC)技
術，根據電磁抗干擾理論，對儀器進行智能化和自動化的設計與改造，解決了工業現場
儀表容易受外界干擾而發生故障的問題。所研制的測試儀器具有多品種、多檔次、標準
化和系列化的優點，滿足了不同層次、不同應用場合的測試要求。該測試儀器的控制系
統由單片機、可編程邏輯控制器(PLC)和計算機(PC)組成，具有工作穩定，操作簡
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便，功能齊全等特點，既可用于工廠產品出廠檢驗，亦適合于商檢、質檢及實驗室等部
門，并且達到了規范設計、便于生產和利于指導經營的目的。
通過 努 力 ，項目達到預期目標，通過了計量儀器許可證 (CMC)及電磁兼容試驗，獲
得兩項實用新型專利，獲得幾百萬元經濟效益，并受到用戶好評。
關鍵詞: 通用安全，防觸電，電氣安全性
Abstract
Abstract
A lo t o f household apparatus have been produced and consumed
every year in our country, for example, our country have exported
household apparatus to 205 countries and districts from January
to February in 2003. It is been statisticed that the sales of the
household apparatus of all over the world are本200 billion, among
which the sales of our country takes up seven percent, and it ranks
the third under America and Japan. In our province, the household
apparatus industry is one of the mainstay and its export is great
part of mechanical and electrical product’s export. The
development of household apparatus industry contribute much to the
increase of the national economy, expand of the internal demands
and improvement of people’s living standard. According to the
information from the provincial statistical bureau, the industrial
production value of the household apparatus industry is 63.889
billion in 2000, which takes up 3% of whole provincial industrial
production value of 1690.447 billion;the tax of the household
apparatus industry is 3.072 billion, which takes up 3. 76% of whole
provincial industrial tax of 131.140 billion. The household
apparatus industry plays an i mp ortant parts in our provincial
industry, whose production takes up 1/3 of whole country’s.
In o ur c ou ntry,a longw itht he improvemento fp eople’s living
standard, the demands to household apparatus is becoming more and
more. All kinds of household apparatus is becoming more and more
popular in city and country. With the population of the household
apparatus, the personal accident rising from household apparatus
is becoming more frequent. The usual examples are injury or damage
due to electric shock and fire. For all of these, the safety of
the household apparatus is most important in product’s quality.
Th e l ar ge production of the household apparatus, the large
number of e nt erprise producing household apparatus and the
necessity of providing safety test instrument make the demands to
III
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safety test instrument be large. Att hes ame time, theg oodm arket
for safety test instrument results in large numbers of enterprises
to enter this market.
Fr om th e point of view of the user, sa f et y, re l ia bi lity,
accuracy and conveniency have been emphasized in this project’s
design. To satisfy the different demands in market, the simple
instrument used for small quantity test, the test line used for
batch test in product line, the simple in st ru m en t o f single
function and the space一saving complex instrument of multi一function
are supplied. To satisfy all kinds of test requirement of different
levels and different situation, this project aim to design test
instrument that is of variety, multi一grade, standardization and
serializaton.
Du ri ng the project developing, not only the person’s safety
was thought of, but also the instrument’s safety was thought of.
These test instruments comply with GB4793《measure, control and
labouratory using electric apparatus一safety requirement》(idt
IEC11010一1:1999). Modularization design wa s a do pt ed in th i s
project. The test instrument consists of di ff e re nt f un ct i on
modules and measure resisting interference was adopted. The design
of each module complies with requirements of IEC 335一1 and
GB4706.1 一98《Safety of household and similar apparatus, P ar tl :
General requirement》These series of instruments consist of
simple instrument, complex instrument and test line, and the last
two was considered emphatically in this project. Remote trouble
shooting, update and connecting with network were considered in
the design of the general complex safety test system of household
apparatus. The SI and ST series instruments can involve MCU
(single microchip)， PLC (programmable logical control) and
PC (personal computer)，which make instruments be of high stability,
handy operation and complete function and can be used in factory
and Labouratory and so on, a t the same time, achieve the goal of
standardizing design, helping produce and guiding management.
Th ro ug h h ardw ork,t hep rojectw asf inisheda ccordingw ith the
expectation, the SI and ST series instruments acquired the CMC,
IV
A卜stract
Passed the EMC test
new-type一patents, gained
favour.
acquired two items of
millions profits and wined
pr actical
the user’ s
Keyword:safety test，protection against electric shock, electric
safety
華南 理工大學
學位論文原創性聲明
本人 鄭 重 聲明:所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所
取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任
何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢
獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的
法律后果由本人承擔。
儲簽名:萬幻吹 日期:，年1iq渝
學位論文版權使用授權書
本學 位 論 文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意
學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文
被查閱和借閱。本人授權華南理工大學可以將本學位論文的全部或部分內
容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存
和匯編本學位論文。
保密 口 ， 在 _ 年 解 密 后 適 用本 授 權 書 。
本學 位 論 文屬于
不保 密 0 a
(請 在 以 上 相 應方框內打 “,/" >
作者簽名:
導師簽名:-wil*
.1廿
日期:)-f-&amp;amp;* 月
日期鐘少年/“
第一章緒論
第一章緒論
(論 文 正 文 )
1. 1 課題意義及應用背景
電 氣 安 全性能是全球公認的第一質量指標，是各國政府強制要求檢測
項目。其中包括國家推行的強制性的型式試驗(型式試驗是家用電器進
行安全認證的首要程序)，也包含企業必須進行的出產檢驗項目(工廠質
量保證體系必須滿足的要求)。而無論以上那種檢測，通用安全測試都是
必須的，其核心為防觸電。防觸電是所有安全標準中最基本也是最重要
的內容，通常列為產品安全的首項。電氣安全性能試驗項目包括:耐電
壓試驗、泄漏電流試驗、絕緣電阻、和接地電阻試驗。70年代末期起，
各種專用于各類家用電器產品電氣安全性能試驗的儀器迅速發展，形成
了一個嶄新的電子儀器門類。
我 國 家 用電器銷售額居世界第三位，大、中、小型各類家電企業難以
計數。受國內檢測儀器市場巨大商機的吸引， 目前市場上有多家檢測儀
器在銷售。但是，因為對標準的理解程度不一，很多開發人員缺乏實際
的操作經驗，對客戶的要求未真正搞明白等等原因， 國內檢測儀器的質
量，性能，價格等參差不齊，開發出符合市場需求的側試儀器將具有極
大的經濟和社會效益.
1.2 國內外現狀
對 于 家 電通用安全組合測試系統的，目前國內外都有機構或公司進行
研制及生產，主要為三種形式:
1. 單 臺儀表方式
一 臺 儀 表一般只能測試一個方面的參數，如絕緣電阻測試儀，絕緣電
阻 測 試 儀，泄漏電流測試儀、電氣強度等等。主要面對小型企業。
2. 多 臺組合儀表方式
將 單 臺 儀表裝在一個大機柜內，在繼電控制裝置的作用下對被測項 目
逐 項 檢 驗 。
3. 檢 測線方式
主 要 用 于大型生產線上，一般有計算機及傳感器實現自動控制。
如 果 以 產 地 來劃分，國內生產的價格普遍便宜，但是抗干擾能力較
差，穩定性差;國外生產的價格普遍貴，但是抗干擾能力較好，檢測的
界面是英語，使用面較窄。國內外產品同等的指標下，價格差距有的達
到10倍以上。
國 內 的 產 地 主要在江浙一帶，國外在德國等國家。中國臺灣華儀的
第一章緒論
第一章緒論
(論 文 正 文 )
1. 1 課題意義及應用背景
電 氣 安 全性能是全球公認的第一質量指標，是各國政府強制要求檢測
項目。其中包括國家推行的強制性的型式試驗(型式試驗是家用電器進
行安全認證的首要程序)，也包含企業必須進行的出產檢驗項目(工廠質
量保證體系必須滿足的要求)。而無論以上那種檢測，通用安全測試都是
必須的，其核心為防觸電。防觸電是所有安全標準中最基本也是最重要
的內容，通常列為產品安全的首項。電氣安全性能試驗項目包括:耐電
壓試驗、泄漏電流試驗、絕緣電阻、和接地電阻試驗。70年代末期起，
各種專用于各類家用電器產品電氣安全性能試驗的儀器迅速發展，形成
了一個嶄新的電子儀器門類。
我 國 家 用電器銷售額居世界第三位，大、中、小型各類家電企業難以
計數。受國內檢測儀器市場巨大商機的吸引， 目前市場上有多家檢測儀
器在銷售。但是，因為對標準的理解程度不一，很多開發人員缺乏實際
的操作經驗，對客戶的要求未真正搞明白等等原因， 國內檢測儀器的質
量，性能，價格等參差不齊，開發出符合市場需求的側試儀器將具有極
大的經濟和社會效益.
1.2 國內外現狀
對 于 家 電通用安全組合測試系統的，目前國內外都有機構或公司進行
研制及生產，主要為三種形式:
1. 單 臺儀表方式
一 臺 儀 表一般只能測試一個方面的參數，如絕緣電阻測試儀，絕緣電
阻 測 試 儀，泄漏電流測試儀、電氣強度等等。主要面對小型企業。
2. 多 臺組合儀表方式
將 單 臺 儀表裝在一個大機柜內，在繼電控制裝置的作用下對被測項 目
逐 項 檢 驗 。
3. 檢 測線方式
主 要 用 于大型生產線上，一般有計算機及傳感器實現自動控制。
如 果 以 產 地 來劃分，國內生產的價格普遍便宜，但是抗干擾能力較
差，穩定性差;國外生產的價格普遍貴，但是抗干擾能力較好，檢測的
界面是英語，使用面較窄。國內外產品同等的指標下，價格差距有的達
到10倍以上。
國 內 的 產 地 主要在江浙一帶，國外在德國等國家。中國臺灣華儀的
華南理工大學工程碩士學位論文
產品也占有較大分額。
1.3. 本課題來源及主要工作
本 項 目 由廣州電器科學研究所立項，是研制主要用于家用和類似用途
電器安全性能測試的通用安全測試儀。要求各測試參數試驗方法符合國
際電工委員會IEC335-1標準和國家標準GB4706. 1-98《家用和類似用途
電器的安全第一部分:通用要求》中有關條款規定。系統考慮不僅能
用于質檢部門，且要能應用于工業現場，可靠性高，使用和維護容易;
能據用戶要求很方便地實現功能擴展，成系列化生產以滿足用戶不同層
次的需求;應用面廣，且測試精度和速度并重，不同項目的測試信號從
同一組測試端子輸出，便于測試接線，提高效率，降低強度。系統考慮
不僅能用于質檢部門，且要能應用于工業現場，可靠性高，使用和維護
容易，應用前景廣闊。
最 低 層 為各個含單片機的模塊，單片機控制系統為核心，配以設計合
理的測試及采樣電路、顯示屏及輸入控制鍵盤，用戶可很方便地實現測
試上位機串行通訊等功能。
模 塊 式 的 ST系列作為多級控制，單片機、可編程邏輯控制器 (PLC)
和計算機(PC)組成系統，使之具有工作穩定，操作簡便，功能齊全，
既可用于工廠產品出廠檢驗，本系統分為三部分:檢測儀表，系統連接
和系統總體控制。檢測儀表用于輸出標準中所規定的測試信號并采樣，
利用51單片機和系統控制部分聯系;系統連接中將儀表的測試及控制信
號歸口輸出，并通過繼電器一接觸器控制單元，使各檢測儀表互不影響:
總體控制部分用PLC或PC機，控制測試過程及數據處理，并著重解決了
PLC的端口復用擴展及用之實現打印測試數據的功能.通過上述三部分的
組合，構成了ST通用安全測試系統。
小 型 化 的 Si 系列可以是接地電阻、絕緣電阻、泄漏電流及耐壓四個
安全的任意組合。總體上要求采用單片機技術，液晶中文顯示操作引導，
具有通訊、打印及遠端控制口，并具有簡單的自校、自診斷功能。儀器
的 測試項 目、測試時間、設定合格限等功能向用戶開放 .通用安全組合
測試儀主要發展方向為使功能更齊全，符合用戶需求;另一方面則為提
高 可靠性，增強現場使用中的抗千擾能力。
在 硬 件 結構方面，本部分主要為硬件選取、連接、安裝等方面的內容，
包 含 以下幾個方面:
1) 各 個 測試項目測試源的實現及信號采樣
2) 變 送 及 單 片機處理部分
3) 測 試 信號輸出及控制
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產品也占有較大分額。
1.3. 本課題來源及主要工作
本 項 目 由廣州電器科學研究所立項，是研制主要用于家用和類似用途
電器安全性能測試的通用安全測試儀。要求各測試參數試驗方法符合國
際電工委員會IEC335-1標準和國家標準GB4706. 1-98《家用和類似用途
電器的安全第一部分:通用要求》中有關條款規定。系統考慮不僅能
用于質檢部門，且要能應用于工業現場，可靠性高，使用和維護容易;
能據用戶要求很方便地實現功能擴展，成系列化生產以滿足用戶不同層
次的需求;應用面廣，且測試精度和速度并重，不同項目的測試信號從
同一組測試端子輸出，便于測試接線，提高效率，降低強度。系統考慮
不僅能用于質檢部門，且要能應用于工業現場，可靠性高，使用和維護
容易，應用前景廣闊。
最 低 層 為各個含單片機的模塊，單片機控制系統為核心，配以設計合
理的測試及采樣電路、顯示屏及輸入控制鍵盤，用戶可很方便地實現測
試上位機串行通訊等功能。
模 塊 式 的 ST系列作為多級控制，單片機、可編程邏輯控制器 (PLC)
和計算機(PC)組成系統，使之具有工作穩定，操作簡便，功能齊全，
既可用于工廠產品出廠檢驗，本系統分為三部分:檢測儀表，系統連接
和系統總體控制。檢測儀表用于輸出標準中所規定的測試信號并采樣，
利用51單片機和系統控制部分聯系;系統連接中將儀表的測試及控制信
號歸口輸出，并通過繼電器一接觸器控制單元，使各檢測儀表互不影響:
總體控制部分用PLC或PC機，控制測試過程及數據處理，并著重解決了
PLC的端口復用擴展及用之實現打印測試數據的功能.通過上述三部分的
組合，構成了ST通用安全測試系統。
小 型 化 的 Si 系列可以是接地電阻、絕緣電阻、泄漏電流及耐壓四個
安全的任意組合。總體上要求采用單片機技術，液晶中文顯示操作引導，
具有通訊、打印及遠端控制口，并具有簡單的自校、自診斷功能。儀器
的 測試項 目、測試時間、設定合格限等功能向用戶開放 .通用安全組合
測試儀主要發展方向為使功能更齊全，符合用戶需求;另一方面則為提
高 可靠性，增強現場使用中的抗千擾能力。
在 硬 件 結構方面，本部分主要為硬件選取、連接、安裝等方面的內容，
包 含 以下幾個方面:
1) 各 個 測試項目測試源的實現及信號采樣
2) 變 送 及 單 片機處理部分
3) 測 試 信號輸出及控制
第一章緒論
4)整機的結構及安裝
5)家電通用安全性能組合測試用邏輯控制裝置的設計
6)家電通用安全性能組合測試信號的集中輸出
對于軟件部分，本部分為以下三部分:
1)測試準備
2)設置參數
3)執行測試過程
4)建立儀表開發平臺
采用多種可靠性及抗干擾方面措施， 達到標準要求， 符合市場需要。
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第 二 章 單 個 儀 表模塊的智能化開發
2. 1 家電通用安全測試概述
家 電 的 廣泛應用，質量的參差不齊，很容易導致事故。發生觸電時，
流經人體的電流決定于觸電電壓與人體電阻的比值。人體電阻并不是一
個固定數值。人體各部分的電阻除去角質層外， 以皮膚的電阻最大。當
人體在皮膚干燥和無損傷的情況下，人體的電阻可高達4-40萬歐。如果
除去皮膚，則人體電阻可下降至600-800歐.但人體的皮膚電阻也并不
是固定不變的，當皮膚出汗潮濕或是受到損傷時，電阻就會下降到1000
歐左右。一般認為人體觸電時的危險性相關因素為電流通過人體的持續
時間、電流通過人體的途徑、電流頻率和人的健康狀況，人體的皮膚的
干濕等情況。觸電致命的因素是通過人體的電流。這些在《電流通過人
體的效應》(第一部分:常用部分)GB / T13870. 1 ( neq IEC479)都有涉
及。
各 國 政 府為保護國民生命財產安全，制定了很多標準，現在全球范圍
內己形成IEC安全標準和美國UL安全標準兩大體系。我國基本上采用或
等效采用工EC安全標準作為國家標準。這些都涉及電氣安全性能試驗，
項目包括:耐電壓試驗、泄漏電流試驗、絕緣電阻、和接地電阻試驗。
2. 2 單個儀表模塊需要解決問題
單 臺 儀 器測試儀器有很多種，但是大部分存在一些問題，如采樣不安
全;全部是模擬電路，無通訊功能:測試精度達不到要求等等。
本 章 將 通過以下的介紹，解決上述問題，并通過各個單臺儀器儀表的
開發，經過歸納總結，建立了本公司公用的儀表單片機平臺，為后續開
發作出了貢獻。
以下 對 相關試驗項 目和單臺儀器進行介紹，利于對集成為組合測試儀
的了解.并且因為各測試儀表的結構，數據處理相似，本部分介紹了公
用的儀表單片機平臺技術，很多也可用于Si 通用安全組合測試儀的研制
中。
2. 3 耐電壓測試項目和儀器
2. 3. 1 耐電壓測試項目
耐 電 壓 強度也可稱耐壓強度、介電強度、介質強度。耐電壓試驗就是
對被試物品施加一個高于工作或運行中可能遇到的過電壓數值的交流或
直流電壓，并經歷一段時間，以檢查其絕緣水平。一般需要高壓變壓器，
調壓器等。
它 主 要 達 到如下 目的 :
華南理工大學工程碩士學位論文
第二章單個儀表模塊的智能化開發
2．1 家電通用安全測試概述
家電的廣泛應用，質量的參差不齊，很容易導致事故。發生觸電時，
流經人體的電流決定于觸電電壓與人體電阻的比值。人體電阻并不是一
個固定數值。人體各部分的電阻除去角質層外，以皮膚的電阻最大。當
人體在皮膚干燥和無損傷的情況下，人體的電阻可高達4-40萬歐。如果
除去皮膚，則人體電阻可下降至600—800歐。但人體的皮膚電阻也并不
是固定不變的，當皮膚出汗潮濕或是受到損傷時，電阻就會下降到1000
歐左右。一般認為人體觸電時的危險性相關因素為電流通過人體的持續
時間、電流通過人體的途徑、電流頻率和人的健康狀況，人體的皮膚的
干濕等情況。觸電致命的因素是通過人體的電流。這些在《電流通過人
體的效應》(第一部分：常用部分)GB／T1 3870．1(neq IEC479)都有涉
及。
各國政府為保護國民生命財產安全，制定了很多標準，現在全球范圍
內已形成IEC安全標準和美國uL安全標準兩大體系。我國基本上采用或
等效采用IEC安全標準作為國家標準。這些都涉及電氣安全性能試驗，
項目包括：耐電壓試驗、泄漏電流試驗、絕緣電阻、和接地電阻試驗。
2．2單個儀表模塊需要解決問題
單臺儀器測試儀器有很多種，但是大部分存在一些問題，如采樣不安
全；全部是模擬電路，無通訊功能：測試精度達不到要求等等。
本章將通過以下的介紹，解決上述問題，并通過各個單臺儀器儀表的
開發，經過歸納總結，建立了本公司公用的儀表單片機平臺，為后續開
發作出了貢獻。。
以下對相關試驗項目和單臺儀器進行介紹，利于對集成為組合測試儀
的了解。并且因為各測試儀表的結構，數據處理相似，本部分介紹了公
用的儀表單片機平臺技術，很多也可用于sI通用安全組合測試儀的研制
中。
2．3 耐電壓測試項目和儀器
2．3．1 耐電壓測試項目
耐電壓強度也可稱耐壓強度、介電強度、介質強度。耐電壓試驗就是
對被試物品施加一個高于工作或運行中可能遇到的過電壓數值的交流或
直流電壓，并經歷一段時間，以檢查其絕緣水平。一般需要高壓變壓器，
調壓器等。
它主要達到如下目的：
4
第二章單個儀表模塊的智能化開發
1．檢測絕緣耐壓受工作電壓或過電壓的能力。
2．檢查電氣設備絕緣制造或檢修質量。
3．排除因原材料、加工或運輸對絕緣的損傷，降低產品早期失效率。
4．檢驗絕緣的電氣間隙和爬電距離。
’由于交流耐壓試驗的試驗電壓一般比工作電壓高許多(2類電器達
3750V)，對絕緣性能不良的被試品來說，是一種破壞性試驗。
測試信號一般加在家電的相線和外殼之間。IEC60335—1：2001及相關
標準規定如下：
圖2-1 電氣強度試驗電壓
Fi92—1 TeSt v01tage of electric Strength
2．3．2 耐電壓測試儀器
耐壓測試儀是測量各種電器裝置、絕緣材料和絕緣結構的耐電壓能
力的儀器，該儀器要求能調整輸出需要的交流(或直流)試驗電壓和設
定擊穿(保護)電流。在試驗中，樣品在要求的試驗電壓作用之下達到
規定時間時，耐電壓測試儀自動或被動切斷試驗電壓；一旦出現擊穿，
電流超過設定擊穿(保護)電流，能夠自動切斷輸出并同時報警，以確
定樣品能否承受規定的絕緣強度試驗。它可以直觀、準確、快速、可靠
地測試各種被測對象的受電壓、擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標，
并能在IEC或國家安全標準規定的測試條件下，進行介電性能試驗。在
國內外，此類儀器還有耐壓測試儀、介質擊穿裝置、耐壓試驗器、電涌
絕緣測試儀、高壓試驗器等不同的名稱。
因為價格低，目前國內占據市場絕大多數為國內廠家，較有名氣的如
南京長江、長盛、民盛、大展及常州華儀等廠家。這些廠家生產的耐壓
機，電壓測量準確度為±5％，個別廠家如南京大展更達到±3％FS，擊穿電
流測量準確度為±5％。由于國家標準GB4706．1—1998 16條規定了電壓
5
華南理工大學工程碩士學位論文
測量不確定度為±3％，因此目前國內生產的耐壓機其電壓測量準確度是
不合要求的。目前國內外有些廠家，例如臺灣華儀、山東把耐壓機的試
驗電壓設置為自動升壓，但其高壓變壓器容量卻在100VA以下，擊穿電
流最大為10mA。這些儀器作為耐壓分析儀是不適用的，因為其容量遠達
不到真正意義的擊穿的要求。
本項目耐壓模塊的研制，主要解決問題為：1、改善采樣方法，研制
準確度較高的泄漏(擊穿)電流測量電路和解決抗干擾以及確保使用的
安全性及可靠性；2、提高泄漏(擊穿)電流測量準確度。
國內外耐壓試驗機泄漏(擊穿)電流采樣回路工作原理一般如圖2—2
所示。
T
R1
R2
5
1．高電壓輸出高端2．高電壓輸出低端
3．試品帶電部位4．試品易觸及部位
T．高電壓變壓器RI．擊穿電流采樣電阻
R2．保護電阻
圖2-2傳統耐壓試驗機泄漏(擊穿)電流采樣回路
Fi92—2 Sampling CirCtlit Of traditON electi-i C Strength
耐壓試驗機是一種使用十分頻繁的儀器，如果試品電氣強度不合要
求，就會被擊穿。圖1“2”端與“5”端之間的電壓可在1．5’4．5KV范圍，
視產品標準規定而定，因此擊穿電流采樣回路受高電壓竄擾的機會很大，
很容易損壞后面的變換電路。本項目在高電壓輸出低端“2”加入隔離式
電流互感器cT，在CT與Rl間串聯限流電阻R3，在cT與R3并聯一只壓
敏電阻VR，如圖2所示。
6
咀
]；j
第二章單個儀表模塊的智能化開發
圖2—3 改進耐壓試驗機泄漏(擊穿)電流采樣回路
Fi92—3 New Sampling circuit 0f electric Strength
圖2—3接法有如下優點，其一，由于cT的隔離作用商電壓采樣回路
與變換電路隔離大大削弱高電壓竄擾作用，變換電路元器件不易損壞。
其二，由于壓敏電阻VR與限流電阻的共同作用，流過CT初級的電流被
限制在200mA以內，這樣，一方面防止損壞電流互感器cT，另一方面CT
的電流不致過大，變換電路的輸入信號被限幅，有效地保護了變換電路，
儀器可靠性得到較大的提高。
提高泄漏(擊穿)電流測量準確度是耐壓機需要解決的另一關鍵
問題。根據G84706．1一t998對試品進行電氣強度試驗，要求試品在規定
的試驗電壓下，歷時一分鐘無擊穿現象，至于擊穿電流是多少，標準并
無規定，這主要是考慮試品泄漏電流與擊穿電流是兩個不同的概念，其
表現為圖1—3所示。
在擊穿點前，流過試品絕緣介質的電流是泄漏電流，它與施加在試品
絕緣介質上的試驗電壓基本上是呈線性關系，試驗電壓越高，泄漏電流
越大。但在擊穿后，流過試品絕緣介質的電流為擊穿電流，擊穿電流是
突交的，絕緣介質呈短路狀態，有點象二極管反向擊穿，此時擊穿電流
一般在lOOmA以上，這是真正意義的擊穿。這就是為什么作電氣強度試
驗時，往往把擊穿電流設置在100mA的原因。
i．泄漏(擊穿)電流KV．試品施加電壓
1．泄漏電流曲線2．擊穿電流曲線
圖2—4絕緣介質的擊穿電流曲線
Fi92-4 Thrash current curve of inSUlate medium
在擊穿點前，流過試品絕緣介質的電流是泄漏電流，它與施加在試品
絕緣介質上的試驗電壓基本上是呈線性關系，試驗電壓越高，泄漏電流
越大。但在擊穿后，流過試品絕緣介質的電流為擊穿電流，擊穿電流是
突變的，絕緣介質呈短路狀態，有點象二極管反向擊穿，此時擊穿電流
7
華南理工大學工程碩士學位論文
一般在100mA以上，這是真正意義的擊穿。這就是為什么作電氣強度試
驗時，往往把擊穿電流設置在100mA的原因。
為了提升試驗電壓，耐壓機都有一只高壓變壓器，高壓變壓器是接儀
器外殼(電源地)。由于高壓變壓器存在分布參數，加上絕緣介質引起的
泄漏，使得高壓變壓器高壓輸出端對儀器外殼的泄漏約有幾十微安至
0．1mA的泄漏電流，而這種泄漏電流是與輸出電壓有關。如果測量準確度
要求±3％，那么在0．5mA時，其誤差要求在±15 u A、2mA時為60“A。若
不消除高壓變壓器泄漏電流的影響，則在2mA以下，泄漏電流的測量就
會造成很大的測最誤差。本項目把機殼的地由原來接在高電壓輸出低端
改接在電流互感器CT的另一端b上，如圖4所示。這樣由高壓變壓器產
生的附加泄漏電流i。不會流進電流互感器CT，后面的測量變換電路測得
的只是試品的泄漏電流。
圖2—5 新型采樣電路
Fi92—5 New sampling circuit
影響小電流測量準確度的另一個原因是二極管的非線性。本項目采用
運算放大器構成的全波整流電路圖5，通過反饋運算放大器能夠大大咸小
運算放大器內部的非線性畸變。圖5電路把二極管接入反饋網路中，二
極管非線性特征將在很大程度被線性化，而單向傳輸特性被保存下來，
從而得到線性整流電路。
R3
圖2-6 全波整流電路
8
第二章單個儀表模塊的智能化開發
Fi92—6 Full W￡tve Commut e circult
為簡明起見，以圖6半波線性整流電路為例，作定運算放大器是近于
理想的，Ri>>Rl，RO=0，當Ui>0，(R1／R2)X KO>>(rn：／R2)
和1時，
UO=一(R2／R1)×UI×{1一r。。／(KOx R1)} (1)
(1)式中r。是二極管等效導通電阻，它是引起二極管非線性畸變的
原因。從公式(1)可見，r。的非線性被減小了KO X R1倍，例如KO=105，
RI=R2=lOKQ，即使RO=1MQ，它所引入的非線性失真也只為0．1％。
二極管D1的引入是為了消除由于二極管D2反偏時漏電流不等于零時
造成輸出不為零，而采取的方法，這里不再敘述。
R2
圖2—7半波線性整流電路
Fi92—7 Half WRVe commute circuit
耐電壓測試模塊的面板效果如下：
2．4泄漏電流試驗項目和儀器
2。4。1泄漏電流試驗項目
泄漏電流現在普遍叫接觸電流，是指在沒有故障施加電壓的情況下，
電氣中帶相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過
9
華南理工大學工程碩士學位論文
其周圍介質或絕緣表面所形成的電流稱為泄漏電流。按照美國UL標準，
泄漏電流是包括電容耦合電流在內的，能從家用電器可觸及部分傳導的
電流。泄漏電流包括兩部分，一部分是通過絕緣電阻的傳導電流11；另
一部分是通過分布電容的位移電流12，后者容抗為XC=1／2pfc與電源頻
率成反比，分布電容電流隨頻率升高麗增加，所以泄漏電流隨電源頻率
升高而增加。具體的模擬人體的網絡見《GB／T1211 3—2003接觸電流和保
護導體電流的測量方法》，如圖2-8泄漏電流試驗示意圖。
圖2—8泄漏電流試驗示意
Fi92—8 Show chart of tOUCh current teSt
測試信號一般加在家電的相線和外殼之間，L／N線或A／B／C切換，取
最大值。
2．4．2泄漏電流試驗儀器
泄漏電流測試儀用于測量電器的工作電源(或其他電源)通過絕緣或
分布參數阻抗產生的與工作無關的泄漏電流，其輸入阻抗模擬人體的阻
抗。泄漏電流測試儀主要由阻抗變換、量程轉換、交直流變換、放大、
指示裝置等組成。有的還具有過流保護、聲光報警電路和試驗電壓調節
裝置，其指示裝置分模擬式和數字式兩種。泄漏電流測試儀面板示意圖
如下。
2。5絕緣電阻試驗項目和儀器
l 0
第二章單個儀表模塊的智能化開發
2．5．1絕緣電阻試驗項目
絕緣電阻是指用絕緣材料隔開的兩部分導體之間的電阻。為了保證電
氣設備運行的安全，應對其不同極性(不同相)的導電體之間，或導電
體與外殼之間的絕緣電阻提出一個最低要求。例如，家用和類似用途電
器規定：基本絕緣為2Mt'l；加強絕緣為7MO。
影響絕緣電阻測量值的因素有：溫度、濕度、測量電壓及作用時間、
繞組中殘存電荷和絕緣的表面狀況等。
通過測量電氣設備的絕緣電阻，可以達到如下目的：了解絕緣結構的
絕緣性能；了解電器產品絕緣處理質量；了解絕緣受潮及受污染情況；
檢驗絕緣是否承受耐電壓試驗，若在電氣設備的絕緣電阻低于某一限值
時進行耐電壓測試，將會產生較大的試驗電流，造成熱擊穿而損壞電氣
設備的絕緣。通常各式各樣試驗標準均規定在耐電壓試驗前，先測量絕
緣電阻。
測試信號一般加在家電的相線和外殼之間。
2．5．2絕緣電阻試驗項目儀器
絕緣電阻測試儀是用來測量絕緣電阻大小的儀器。一般要產生一個
250V／500V／1000V的直流電壓作為信號源，再通過檢測電流從而計算出電
阻值，一般都在MQ級。要特別防止工頻干擾。絕緣電阻測試模塊的面板
示意圖如下。
2．6接地電阻試驗項目和儀器
2．6．1接地電阻試驗項目
”接地電阻”這個名詞是個定義并不十分明確的詞。在有些標準中(如
家用電器的安全標準中)，它是指設備內部的接地電阻，而在有些標準中
(如接地設計規范中)，它是指整個接地裝置的電阻。我們所講的是指設
備內部的接地電阻，也就是一般產品安全標準中所說的接地電阻(也有
叫做接地阻抗的)，它所反映的是設備的各處外露可導電部分與設備的總
接地端子之間的電阻。一般標準中規定這個電阻不得大于0．1 Q。
接地電阻是指用電器的絕緣一旦失效時，電器外殼等易觸及金屬部件
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可能帶電，需要有可靠的接地保護電器的使用者的安全，接地電阻是衡
量電器接地保護可靠的重要指標。
測試信號一般加在家電的地線和外露可導電部件之間。
2．6．2接地電阻試驗儀器
接地電阻測試模塊的面板如下：
接地電阻可用接地電阻測試儀來測量。由于接地電阻很小，正常一般
在幾十毫歐姆，因此，必須采用四端測量才能消除接觸電阻，得到準確
的測量結果。接地電阻測試儀是由測試電源、測試電路、指示器和報警
電路組成。測試電源產生25A(或10A)的交流測試電流，測試電路將被
測電器取得的電壓訊號通過放大、轉換，由指示器顯示，若所測接地電
阻大于報警值(0．I o或0．2 Q)，儀器發出聲光報警。
2．7公用的儀表單片機平臺技術
為了加快開發速度，通過綜合分析以上所提的儀表要求，抽取共性的
特征，如都是兩組顯示，都用看門狗電路等等，建立了儀表開發公用的
儀表單片機平臺。
2．7．1硬件平臺的主要特點：
本平臺采用89C52芯片進行構造，硬件I／O口分配如下：
采用12M晶振；
P0．0一PO．2
P0．4一P0．5
PI．0一PI．4
P1．6 一P1．7
P 2．0一P2．4
INT0(P3．2)
INTl(P3．3)
RXD(P3．O)
TXD(P3．1)
P3．6一P3．7
PS7219顯示控制
PO．4報警燈及相應外部信號控制
PO．5 測試燈及相應外部信號控制
X25045及TLC2543的控制
量程1及量程2控制
鍵盤輸入
外部信號輸入(備用)
鍵盤中斷輸入
串行通訊接收端
串行通訊發送端
量程3及量程4控制
l 2
第二章單個儀表模塊的智能化開發
TO(P3．4) 蜂鳴器驅動
主要功能：
提供3選1的12串行A／D通道，即最多可讀3個模擬量
提供512字節的外部EEPROM，帶WATCH—DOG功能
提供8位LED數碼管顯示，分為兩組，分別叫L0，L1
含義： 測量時LO：第1個測試量結果
LI：第2個測試量結果
設置時L0：設置項目的名稱
Li：設置項目的值
本平臺的數據處理是面向測試顯示結果而不是A／D通道，
即測試時
顯示在LO，L1上的量是我們最關心的量，分別對應平臺
系統內部RAM的DATA0和DATAI，對于特殊情況如：絕緣電阻測試
儀顯示的結果為A／D通道讀入的中間值經過除法處理后的結果。
約定： 如無特殊說明，
L0： 儀表的固定量程檢測量如接地電阻儀的25A測試電流
LI： 儀表的報警檢測量如接地電阻儀的電阻測量值
提供5個獨立式按鍵
提供隔離的全雙工RS一232通訊接口
多位LED發光二極管顯示及量程控制，報警控制
2．7．2 軟件平臺建立
本軟件平臺建立在公司的標準儀表硬件平臺結構上，與硬件密切相
關，編制了通用的程序，包括功能模塊類、顯示類、鍵盤處理、I／O操作、
數據處理、報警處理、延時、定時中斷和通訊類等共40多個模塊。每個
模塊都如下所示，包含相關信息，方便資源共享。
『名稱GET DATA 序號
讀取R3通道中的數據，經過R6的平均次數計算后，
存入
l 3
第二章單個儀表模塊的智能化開發
TO (P3.4 ) 蜂鳴器驅動
主要功能:
提 供 3 選 1 的 1 2 串 行 A/ D通道，即最多可讀 3個模擬量
提 供 5 12 字 節 的 外 部 E EP ROM，帶 WATCH一 DOG功能
提 供 8 位 L ED 數 碼 管 顯 示 ， 分為兩組，分別u叫LO，L1
含 義 : 測量時 LO:第 1個測試量結果
L1 : 第 2個 測 試 量 結 果
設 置 時 LO : 設 置 項 目 的 名 稱
L1 : 設 置 項 目 的 值
本 平 臺 的 數 據 處 理是面向測試顯示結果而不是 A/D通道，
即測試時
顯 示 在 L 0. L 1 上的量是我們最關心的量，分別對應平臺
系統內部RAM的DATAO和DATA1，對于特殊情況如:絕緣電阻測試
儀顯示的結果為A/D通道讀入的中間值經過除法處理后的結果。
約 定 : 如無特殊說明，
LO : 儀 表的固定量程檢測量 如接地電阻儀的 25A測試電流
L1 : 儀 表的報警檢測量 如接地電阻儀的電阻測量值
提 供 5個獨立式按鍵
提 供隔離的全雙工 RS-232通訊接口
多位 LED發光二極管顯示及量程控制，報普控制
2.7 .2 軟件平臺建立
本 軟 件 平臺建立在公司的標準儀表硬件平臺結構上，與硬件密切相
關，編制了通用的程序，包括功能模塊類、顯示類、鍵盤處理、I/0操作、
數據處理、報普處理、延時、定時中斷和通訊類等共40多個模塊。每個
模塊都如下所示，包含相關信息，方便資源共享。
名稱GET_ DATA
讀取R3通道中的數據
存入
序號
經過R6的平均次數計算后
華南理工大學工程碩士學位論文
功能描述RO為首地址的雙字節單元中
子程序調
用
GET DATA \NIDIV\SUBD4
\S U B E4
\T L C 25 4 3
輸入RO:結果存放首地址R3:通道號
R6:濾波次數
輸出RO開始的雙字節單元
使用PUB-DT-0 一PUB-DT-B(12 Bytes) ,RO-R7 ,C,1級堆
棧
名稱TLC2543 序號
功能描述
對串行A/D ( 11路選I)進行讀操作，得到1個12位
的二進制數結果(用16位表示)
子程序調
用
無
輸入R4(工作模式及通道參數)
輸 出 R2, R3 (R 2:讀數高地址，R3:讀數低地址)
使用C, R2, R3, R4
2.7 .3 本平臺已提供功能及說明
1， 數 據 讀取
輸 入 : A /D 通道號，結果單元地址
調 用 : G ET _D ATA
功 能 : 將 相 應通道的待測量讀入，
的 結 果 單元
濾 波 次數 N
經過N次平均，結果送入指定
14
華南理工大學工程碩士學位論文
功能描述RO為首地址的雙字節單元中
子程序調
用
GET DATA \NIDIV\SUBD4
\S U B E4
\T L C 25 4 3
輸入RO:結果存放首地址R3:通道號
R6:濾波次數
輸出RO開始的雙字節單元
使用PUB-DT-0 一PUB-DT-B(12 Bytes) ,RO-R7 ,C,1級堆
棧
名稱TLC2543 序號
功能描述
對串行A/D ( 11路選I)進行讀操作，得到1個12位
的二進制數結果(用16位表示)
子程序調
用
無
輸入R4(工作模式及通道參數)
輸 出 R2, R3 (R 2:讀數高地址，R3:讀數低地址)
使用C, R2, R3, R4
2.7 .3 本平臺已提供功能及說明
1， 數 據 讀取
輸 入 : A /D 通道號，結果單元地址
調 用 : G ET _D ATA
功 能 : 將 相 應通道的待測量讀入，
的 結 果 單元
濾 波 次數 N
經過N次平均，結果送入指定
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第二章單個儀表模塊的智能化開發
2.比例放大
輸 入 : 待放大的結果單元地址
調 用 : KB
功 能 : 根據當前的量程，將指定單元的結果乘上一個比例稀數 K
該 系 數 通過查表得到，平臺使用者應根據不同的儀表，自行更新
該 表 。
3.報警值設定
輸 入 : 待設報警值單元地址，
調 用 : SET一 DATA
功 能 : 提供一個設定報普值的功能模塊，將指定單元的設定值更
新 并 在 退出時，通過累加器 A返回一個退出標志量
4.其它量的設定
輸 入 : 無
調 用 : SET_AL,SET_TIME,SET_ADD,SET_BD
功 能 : 更新相應的設定值，此類設定值的存放單元固定，退出時，
通 過 累 加器 A返回一個退出標志量
注 : 對 于調用③，④中提到的設定模塊，超時 (連續無按鍵操作
60 S) 退 出返回 OFFH，按鍵則退出返回相應鍵號
5.自動量程
輸 入 : 進行自動量程處理的結果量地址
調 用 : SET_R ANGE
功 能 : 根據儀表當前的讀數，將量程向上或下一檔改變一次，或
保 持 當 前量程，當儀表已處于最高量程時，仍超量程，則將超量
程 標 志 OVER_R ANGE置 ..1 11 ，其它情況清 .0..
說 明 : .量程劃分
量程切換標準:
儀 表 處 于某一量程時，測試顯示值 (不考慮小數點位置)
>2 00 0 切換到上一檔
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< 19 5 切換到下一檔
該 子 程 序 調 用應放在主監控程序當中，主監控程序的掃描周期不
宜 過 長 。
常 數 定 義 中 的儀表最大量程 MAX_R ANGE，應定義為對應儀表的最大
量 程 ，如 絕 緣 電阻測試儀的最大量程定義為 03H.
6. 上 下 限比較
輸 入 : 測 試 結果單元地址，上限或下限值地址 ，上下限的固定
量 程
調 用 : AL _UP_C OMP,AL_DN_COMP
功 能 : 根 據儀表當前的量程，通過調用相應的比較子程序，進
行 上 限 或 下 限比較 輸出標志 C, C=" 1":不合格， C=" 0":合格
7. 通 訊 功能
功 能 : 根 據 上位機發送的不同命令，完成測試值回送、啟動測試、
停 止 測 試 、 允許下位機報警、禁止下位機報普和通訊校驗等六種
功 能 ， 儀 表 地址范圍內:0-99;波特率:1200, 2400,4 800三種
通 訊 收 發 流 程:
通 訊 的 收 發 均采用 COMM_B UF開始的 RAM塊，長度為 48個字節。
2.8 本章小結
基 于 對 于家電通用安全測試項 目及單個儀表模塊的了解，基于儀表開
發公用的儀表單片機平臺的建立，下邊講述兩組不同開發思路的通用安
全測試儀的研制，多儀表模塊通過PLC控制的邏輯控制裝置和通用安全
性能組合測試裝置、并可配PC機構成檢測線的ST系列即和小型化、單
片機控制、LCD顯示的Si 系列.
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< 19 5 切換到下一檔
該 子 程 序 調 用應放在主監控程序當中，主監控程序的掃描周期不
宜 過 長 。
常 數 定 義 中 的儀表最大量程 MAX_R ANGE，應定義為對應儀表的最大
量 程 ，如 絕 緣 電阻測試儀的最大量程定義為 03H.
6. 上 下 限比較
輸 入 : 測 試 結果單元地址，上限或下限值地址 ，上下限的固定
量 程
調 用 : AL _UP_C OMP,AL_DN_COMP
功 能 : 根 據儀表當前的量程，通過調用相應的比較子程序，進
行 上 限 或 下 限比較 輸出標志 C, C=" 1":不合格， C=" 0":合格
7. 通 訊 功能
功 能 : 根 據 上位機發送的不同命令，完成測試值回送、啟動測試、
停 止 測 試 、 允許下位機報警、禁止下位機報普和通訊校驗等六種
功 能 ， 儀 表 地址范圍內:0-99;波特率:1200, 2400,4 800三種
通 訊 收 發 流 程:
通 訊 的 收 發 均采用 COMM_B UF開始的 RAM塊，長度為 48個字節。
2.8 本章小結
基 于 對 于家電通用安全測試項 目及單個儀表模塊的了解，基于儀表開
發公用的儀表單片機平臺的建立，下邊講述兩組不同開發思路的通用安
全測試儀的研制，多儀表模塊通過PLC控制的邏輯控制裝置和通用安全
性能組合測試裝置、并可配PC機構成檢測線的ST系列即和小型化、單
片機控制、LCD顯示的Si 系列.
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
第 三 章 ST 通 用 安全組合測試儀的研制
3. 1 研制目的及規劃
ST 通 用 安全組合測試儀開發主要是為了能應用于工業現場，可靠性
高，使用和維護容易。能據用戶要求很方便地實現功能擴展，成系列化
生產以滿足用戶不同層次的需求。應用面廣，且測試精度和速度并重，
能配套檢測線，在幾秒鐘內完成一臺產品的檢驗，并且不同項目的測試
信號從同一組測試端子輸出，便于測試接線，提高效率，降低強度。滿
足GB4706. 1-98等相關標準的要求。
系 統 內 一般包含有接地電阻測試，絕緣電阻測試，工作狀態/非工作狀
態下的耐壓測試，泄漏電流測試，低壓啟動及電壓電流功率測試等功能
模塊，如下表所列:
項目工作伯號洲試范圍信號外接樣品點
接地電阻25A 0-0.250 地線，外殼
絕緣電阻50011000V DC 0-200M 0 火l零，外殼
耐壓
0- 5KV AC
(工作狀態)1. 1
U n
0-100mA 火1零，外殼
泄漏電流
0-250V AC
1. 06 U n
0-20mA 火，零，外殼
低壓啟動
0-220V
0.85Un
0-5KVA 火，零
電壓電流功率Un 0.5 K VA 火，零
ST 系 列 通用安全測試臺的結構和功能隨著型號的不同而有一些變化，
但其本質為一個由PLC完成順序測試過程，在完成各種附加功能的同時，
實現測試過程自動化(PA)的產品。設計中讓PLC有很大的獨立性，無
論在哪種型號下，其都可以獨立控制完成測試過程。系統總體上為主從
兩級控制。各單臺儀表內含一個單片機最小系統，負責本機的數據采集
等工作，在系統中充當從機;PLC或PC做為主機，控制測試過程，數據
采集，存貯，打印，報普等功能。
為 了 滿 足用戶不同層次的需求，ST通用安全組合測試儀按照功能的強
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
3．1 研制目的及規劃
ST通用安全組合測試儀開發主要是為了能應用于工業現場，可靠性
高，使用和維護容易。能據用戶要求很方便地實現功能擴展，成系列化
生產以滿足用戶不同層次的需求。應用面廣，且測試精度和速度并重，
能配套檢測線，在幾秒鐘內完成一臺產品的檢驗，并且不同項目的測試
信號從同一組測試端子輸出，便于測試接線，提高效率，降低強度。滿
足GB4706．1—98等相關標準的要求。
系統內一般包含有接地電阻測試，絕緣電阻測試，工作狀態／非工作狀
態下的耐壓測試，泄漏電流測試，低壓啟動及電壓電流功率測試等功能
模塊，如下表所列：
項目工作信號測試范圈信號外接樣品點
接地電阻25A 0—0．25 0 地線。外殼
絕緣電阻50011000V DC 0—200M Q 火，零。外殼
O一5KV AC
耐壓(工作狀態)1．1 O—100mA 火，零，外殼
Un
O一250V AC
泄漏電流0—20mA 火，零。外殼
1．06Un
O一220V
低壓啟動0—5KVA 火，零
O．85U11
電壓電流功率Un 0—5KVA 火，零
sT系列通用安全測試臺的結構和功能隨著型號的不同而有一些變化，
但其本質為一個由PLC完成順序測試過程，在完成各種附加功能的同時，
實現測試過程自動化(PA)的產品。設計中讓PLC有很大的獨立性，無
論在哪種型號下，其都可以獨立控制完成測試過程。系統總體上為主從
兩級控制。各單臺儀表內含一個單片機最小系統，負責本機的數據采集
等工作，在系統中充當從機；PLC或PC做為主機，控制測試過程，數據
采集，存貯，打印，報警等功能。
為了滿足用戶不同層次的需求，sT通用安全組合測試儀按照功能的強
1 7
華南理工大學工程碩士學位論文
弱，分為以下幾檔。
1．ST40型：無PC機及打印機，PLC和其它單片機模塊間只存在控制
信號。PLC實現順序控制完成測試過程，并顯示測試狀態及不合格項目。
2．ST50型：可配打印機，PLC除完成ST40中功能外，還和各單片機
通訊采集數據，并且將測試數據打印。
3．ST70型：可配PC機及打印機，由PC機完成設定檢測項目及時間
等傳入PLC，由PLC控制測試運作，Pc機完成數據采集，存儲，打印，
統計等功能。
為反映具體效果以下資料為從安規儀器網上下載，最初資料由本人提
供。
http：／／www．anguil 7．com／cpli st／elec～safe／safely％20iategrate／ST一
2％20SERIES．htm：
1 8
ST40型通用安全測試裝置
①采用抽屜式機箱；
②各儀表單元用四位拔盤設
定報警點；
③系統通過公共邏輯控制器
箱的控制，實現內置繼電器、
接觸器陣列的切換，將測試端
口匯總輸出，實現各參數分時
測試。接好被測負載后，一次
完成所有測試項目；
④整個系統的運行，只需在公
共邏輯控制箱面板上操作；
⑤公共邏輯控制箱面板有兩
排指示燈，上排綠燈指示正在
測試項目，下排紅燈鎖存指示
測試不合格項目；
⑥系統由可編程序控制器PLC
控制整個測試過程，分為自動
測試和手動測試兩種狀態：自
動狀態：選擇測試項目及設定
好報警限后，自動完成所選測
第三章sT通用安全組合測試儀的研制
試項目，各項目測試時間由機
內PLC設定，用戶如欲自定測
試時間預先申明。手動狀態：
手動逐項選擇測試項目，各項
目測試時間由用戶掌握。
⑦最多各有12種測試項目及
儀表供選擇，可按用戶要求任
意組合，
ST70型通用安全測試裝置
①’⑦項性能同ST40機型；
⑧系統由PLC(可編程控制器)
和上級微機共同控制。微機負
責總體設定測試條件及采集、
存儲、打印、統計等功能；PLC
在硬件上按上級微機的設定來
控制操作；
⑨系統具備脫機測試功能，即
由PLC(可編程控制器)控制
完成ST40機型的各項功能。
ST50型通用安全測試裝置
①’⑦項性能同ST40機型；
⑥系統配置一臺噴墨打印機。自動測試狀態時，用戶選擇打印功能后，
系統可將測試的日期、時間、開機測試的臺數及測試數據、不合格標志
等自動打印出來。
3．2系統結構
系統一般用于現場檢測，要求可靠性高，抗干擾能力強，既可實現計
算機監控，又可以在現場控制，所以選擇可編程控制器(PLC)做為主控
模塊。為滿足設計要求，ST系列通用安全測試臺采用模塊化結構，將各
模塊信號定義都統一起來，易于互換，利用PLC做為系統的測試主控單
元，一般PLC或PC機做為主機，各檢測儀表做為從機，最后形成一個主
從兩級控制，實現過程自動化(PA)功能的系統，總體結構框圖如附圖
1 9
華南理工大學工程碩士學位論文
3—1所示。
附圖3-2中各部分功能簡述如下：
A1’A5為各個檢測項目的模塊，內有89C52單片機：
A6為監控用PC機，通過232口讀取A1’A5中的測試數據及控制PLC
動作，并且完成統計、打印等功能：
A7用于遠程編程，調試及故障診斷用的PC，通過Modenl可和現場的
Moden2和轉換適配器與PLC通訊；
A9用于A6及A8不連時，PLC通過它向Al’A5讀取測試數據，并將數
據由A14輸出；
A10用于現場改變PLC內部寄存器的值，從而改變定時、計數等的設
定值；
A11為PLC單元，作為主控單元，其可以接受外部輸入，如控制面板
上開關或A10的控制，亦可以在A7的控制下做程序上的調整，其輸出通
過擴展單元A12，進行現場的測試及不合格指示，控制中聞繼電器及打印
測試數據等功能；
A12為PLC的端口擴展，通過PLC的輸出Y9’YF作為控制信號，將Y0。Y7
復用四次．在成本很低的情況下實現復雜的控制功能：
A13為繼電器及電源控制部分，通過PLC的輸出控制，使在測試中分
別接通不通的測試回路，將信號加出到樣品上，且保證各信號間互不影
響。
由附圖3-1可以看出，PLC是處于系統控制的核心，整個系統的控制
都是由它來實現的。
3．3 PLC在通用安全測試系統中的應用
因為ST系列通用安全測試臺是由各個檢測單元直接迭加在一起，各
個檢測單元相互獨立，有高壓(5000VAC)大電流(25A)并且工業現場
的條件參差不齊，控制核心就首選的抗干擾性能很強的可編程控制器
(PLC)。
3．3．1 PLO的選型
本系統中選用的是松下電工的AFPl2247C型的PLC。其具有一個422
2 0
華南理工大學工程碩士學位論文
3一1所示。
附圖3-2中各部分功能簡述如下:
"A5為各個檢測項目的模塊，內有
為監控用PC機，通過232口讀取
89C52單片機;
A1-A5中的測試數據及控制PLC
，衛﹄ 6
A A
動作，并且完成統計、
A7用于遠程編程，
打印等功能;
調試及故障診斷用的PC 通過Modenl可和現場的
Moden2和轉換適配器與PLC通訊;
A9 用于 A6及 AS不連時，PLC通過它向Al-A5讀取測試數據，并將數
據由A14輸出;
A1 0用于現場改變 PLC內部寄存器的值，從而改變定時、計數等的設
定值;
Al l為 PLC單元，作為主控單元，其可以接受外部輸入，如控制面板
上開關或A10的控制，亦可以在A7的控制下做程序上的調整，其輸出通
過擴展單元A12，進行現場的測試及不合格指示，控制中間繼電器及打印
測試數據等功能;
A1 2為PLC的端口擴展，通過PLC的輸出Y9"YF作為控制信號，將YO-Y7
復用四次，在成本很低的情況下實現復雜的控制功能;
A1 3為繼電器及電源控制部分，通過 PLC的輸出控制，使在測試中分
別接通不通的測試回路，將信號加出到樣品上，且保證各信號間互不影
響。
由 附 圖 3-1可以看出，PLC是處于系統控制的核心，整個系統的控制
都是由它來實現的。
3. 3 PLC在通用安全測試系統中的應用
因 為 ST 系列通用安全測試臺是由各個檢測單元直接迭加在一起，各
個檢測單元相互獨立，有高壓(5000VAC)大電流(25A)并且工業現場
的條件參差不齊，控制核心就首選的抗干擾性能很強的可編程控制器
(P LC)。
3.3 .1 PLC的選型
本 系統中選用的是松下電工的 AFP12247C型的 PLC。其具有一個 422
華南理工大學工程碩士學位論文
3一1所示。
附圖3-2中各部分功能簡述如下:
"A5為各個檢測項目的模塊，內有
為監控用PC機，通過232口讀取
89C52單片機;
A1-A5中的測試數據及控制PLC
，衛﹄ 6
A A
動作，并且完成統計、
A7用于遠程編程，
打印等功能;
調試及故障診斷用的PC 通過Modenl可和現場的
Moden2和轉換適配器與PLC通訊;
A9 用于 A6及 AS不連時，PLC通過它向Al-A5讀取測試數據，并將數
據由A14輸出;
A1 0用于現場改變 PLC內部寄存器的值，從而改變定時、計數等的設
定值;
Al l為 PLC單元，作為主控單元，其可以接受外部輸入，如控制面板
上開關或A10的控制，亦可以在A7的控制下做程序上的調整，其輸出通
過擴展單元A12，進行現場的測試及不合格指示，控制中間繼電器及打印
測試數據等功能;
A1 2為PLC的端口擴展，通過PLC的輸出Y9"YF作為控制信號，將YO-Y7
復用四次，在成本很低的情況下實現復雜的控制功能;
A1 3為繼電器及電源控制部分，通過 PLC的輸出控制，使在測試中分
別接通不通的測試回路，將信號加出到樣品上，且保證各信號間互不影
響。
由 附 圖 3-1可以看出，PLC是處于系統控制的核心，整個系統的控制
都是由它來實現的。
3. 3 PLC在通用安全測試系統中的應用
因 為 ST 系列通用安全測試臺是由各個檢測單元直接迭加在一起，各
個檢測單元相互獨立，有高壓(5000VAC)大電流(25A)并且工業現場
的條件參差不齊，控制核心就首選的抗干擾性能很強的可編程控制器
(P LC)。
3.3 .1 PLC的選型
本 系統中選用的是松下電工的 AFP12247C型的 PLC。其具有一個 422
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
口和一個232口，并且內置有日歷和時鐘，輸入為24點(XO_X17),輸
出為16點(YO"YF)，共有2. 7K步的程序容量，輸出為NPN的晶體管。
之所以選用該型是基于以下幾個原因:
1. 該型 PLC有兩個外部接口，其中 422口可以在編程及調試時修改內
部數據，并且可以監控各存儲單元的數據，使PLC程序的調試和對上位
機程序的調試的速度大大加塊;當程序調試完成后，該端口可以外接一
個工.0.P單元(智能操作面板)來修改各個檢測項目的順序及各項目測
試時間等參數，或者該端口可以依附圖一所示，用A7通過Moden及適配
器進行遠程修改;232口可以直接連外部各檢測模塊通訊讀取測試數據，
亦可以和各個檢測模塊一起受上級機的控制。
2. 該型 PLC具有一個打印指令 F147，可以將 YO"Y8信號直接連到并行
打印機上輸出存儲在寄存區的數據。
測試伯號匯總
接地電皿
側試儀Al
絕級電限
側試儀A2
泄淚電流
側it13w
光陰及轉換開關
A9
ACA卜，，口
A已1
光電用離
A8
控喇面板正在側試
項目指示及不合格
項目鎖存
控角面板上留能LOY單元
A 10
422口
}一 P LC單 元一
丁了二氣于I I 翰
U2&amp;amp;4211 I 、八11
`mm 「今
一開翰
關 出
t 信
信 號
號
P以溯口
的友用及
擴展A12
間貓電號
離環附沖腸，
翻翻控制單
及電石IA口
民C0目口控制的打日翔A 14
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圖 3-1 ST系列通用安全測試臺系統結構
Fig3一1 System structure of ST series instrument
3. 該型 PLC具有通訊指令 F144，其可以經過 232口實現通訊功能完成
數據采集.
4 為可以簡化系統，省掉 PC機而用 PLC實現打印測試數據功能，則 PLC
的輸出必須用晶體管形式，因為繼電器輸出型受慣性的限制，跟不上數
據的輸出速度。
為 滿足不同用戶的測試需求 (如測空調、風扇等)，外擴了一個智能
工.0.P接口，其可以讀取并改寫PLC內部寄存器的值，這樣就可以由用戶
去靈活地按指定的寄存器地址改變相應的測試時間以滿足需要。
由于 PL C只有 16點輸出，而要控制外部控制面板上的 7個正在測試
項目指示，7個不合格項目的測試指示等共15個測試指示燈，9個中間
繼電器，并且尚要在YO-Y8上輸出測試結果到打印機上，所以通過Y9-YF
的控制，通過附圖一中的A12板，將YO-Y7復用四次，在工作中采用鎖
存信號，分時選通等方式完成其控制功能。
控 制 面 板上的一些項 目設定信號用于當 PLC不連接 A6時，由現場人
員進行選擇測試項目，及啟動，停止測試等功能。當連有A6時，由A6
和PLC通訊，置入一個狀態位，從而使PLC不受現場控制面板開關狀態
的影響。
3.3.2控制系統中，PLC各個功能的實現
1、通訊功能:
本 系 統 中采用 PLC的 232口做為通訊接口利用三線法實現，即數據輸
入(RD)，數據輸出(SD)和信號比(SG)三線:為避免干擾，用光禍進
行兩邊信號隔離。通訊分為兩種情況，其一為PLC作為主機，問各個測
試單元(Al-A5)讀取數據;其二為PLC和各個測試單元(A1"A5)一起
作為從機，接受主機查詢，PLC通過標志寄存器中的值，反映系統所處的
測試狀態，由PC機據此問各個檢測單元采集數據。
第 一 種 情況下，PLC與各個測試單元的連接如圖 3-2所示:
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圖 3-1 ST系列通用安全測試臺系統結構
Fig3一1 System structure of ST series instrument
3. 該型 PLC具有通訊指令 F144，其可以經過 232口實現通訊功能完成
數據采集.
4 為可以簡化系統，省掉 PC機而用 PLC實現打印測試數據功能，則 PLC
的輸出必須用晶體管形式，因為繼電器輸出型受慣性的限制，跟不上數
據的輸出速度。
為 滿足不同用戶的測試需求 (如測空調、風扇等)，外擴了一個智能
工.0.P接口，其可以讀取并改寫PLC內部寄存器的值，這樣就可以由用戶
去靈活地按指定的寄存器地址改變相應的測試時間以滿足需要。
由于 PL C只有 16點輸出，而要控制外部控制面板上的 7個正在測試
項目指示，7個不合格項目的測試指示等共15個測試指示燈，9個中間
繼電器，并且尚要在YO-Y8上輸出測試結果到打印機上，所以通過Y9-YF
的控制，通過附圖一中的A12板，將YO-Y7復用四次，在工作中采用鎖
存信號，分時選通等方式完成其控制功能。
控 制 面 板上的一些項 目設定信號用于當 PLC不連接 A6時，由現場人
員進行選擇測試項目，及啟動，停止測試等功能。當連有A6時，由A6
和PLC通訊，置入一個狀態位，從而使PLC不受現場控制面板開關狀態
的影響。
3.3.2控制系統中，PLC各個功能的實現
1、通訊功能:
本 系 統 中采用 PLC的 232口做為通訊接口利用三線法實現，即數據輸
入(RD)，數據輸出(SD)和信號比(SG)三線:為避免干擾，用光禍進
行兩邊信號隔離。通訊分為兩種情況，其一為PLC作為主機，問各個測
試單元(Al-A5)讀取數據;其二為PLC和各個測試單元(A1"A5)一起
作為從機，接受主機查詢，PLC通過標志寄存器中的值，反映系統所處的
測試狀態，由PC機據此問各個檢測單元采集數據。
第 一 種 情況下，PLC與各個測試單元的連接如圖 3-2所示:
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
PLC端(DB9) 各檢測儀表端(DB9 )
圖 3- 2 PL C 與 各 個 測 試 單 元 的 通訊連接
Fi g3 -2 c ommunication contact of PLC ang test modles
注意:一定要將PLC端的RS和CS連起來。
第二種情況下，PC機和PLC及各個測試單元連接如圖3-3所示:
PLC* (IB9) 各檢測儀表端PLC*
圖 3-3 PC機和 PLC及各個測試單元通訊連接
Fig3一3 communication contact of PLC ang PC
通 訊 中 要注意兩個方面，其一為對 PLC的系統需存器進行設定，保證
選取的協議正確(見表達的設定);其二硬件連接正確，信號通到正常。
如圖3-2和圖3-30
通 訊時，利用 F144( T RNS)指令，時序如圖 3-4，其中 R9038和 R9039
分別為PLC內部的特殊內部寄存器，通訊前一定要設置好系統寄存器的
值，其中，包含通訊方式，通訊格式及波特率設置及接收數據位置。在
上述的兩種不同的通訊格式中，PLC做為主機時，通訊方式寄存器R412
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一定要設為K2，用于一般通訊方式。在此方式下通訊，PLC程序中一定
要通過F144指令按通訊協議發數據給從機;而當PLC做為從機和PC機
通訊時，則必須設為K1，工作于和計算機聯接的狀態下。在此方式下，
須按照松下電工的PLC通訊協議，由PC機發送相應的指令讀取PLC中數
據，PLC會自動響應，不必用F144指令。
1 0 號
砂吟妙
發送數據到外部串口:
接收數據衛護以沖: Z皿UZA氣w未 fI77777
接收 準 備 接收 數 據 接收到結束符
圖3-4 PLC及各個測試單元通訊時序
Fig3一4 communication protocol of PLC ang test modles
通訊的設定如下表:PLC的RS232C串口通訊格式
地址系統寄存器名
稱
默認
值
說明
412 RS232C 串口
通訊方式設定
KO 選擇RS232以串口功能設定
K0: RS232C串口不使用。
K1: RS232C串口用于計算機鏈接通訊。
K2: RS232C串口用于一般通訊。
本系統設定為K2
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
413 RS232C 甲口
通訊格式設定
H3 此系統寄存器可指定RS232C串口通訊設定。
設定
。頭碼(第6位)
0:沒有STX碼
1:帶STX碼
.結束符(第5和4位)
00: CR
01: CR+LF
10: CR
11: EXT
停止位(第3位)
0: 1位
1:2位
奇偶校驗(第2和1位)
00:無
01:奇
10:無
11:偶
字符位(第0位)即數據長度
0: 7位
1:8位
例:如果想如下設置RS232C串口，則輸入
H2到系統寄存器No. 413.
一頭碼:無STX
一結束符:CR
一停止位:1位
一奇偶校驗:奇
一字符位:7位
本系統設定為07H
2 5
華南理工大學工程碩士學位論文
414 RS232C 吊
波特率設定
口I K1 此寄存器可指定RS232C串口波特率。
設定
設定值波特率
KO 29, 200bps
K1 9, 6006ps
K2 4, 800bps
K3 2, 400bps
K4 1, 200bps
K5 600bps
K6 300bps
415 RS232C 串
站號設定
口I K1
416 RS232C 吊口
調制解調通訊
設定
HO
417 RS232C 串口
接收數據的首
地址設定
KO
本系統設定為K3
當RS232C串口用于計算機鏈接通訊方
式時，此寄存器可指定站號。(計算機鏈
接通訊設定的詳細說明參見426和427
頁系統寄存器No. 412和No. 4130)
設定范圍:K1到K32
本系統設定為K1，只有一臺PLC
當使用RS232C串口時，該寄存器可設定
調制解調器通訊的兼容性。
設定
HO:調制解調器通訊不允許。
H8000:調制解調器通訊允許。
調制解調器通訊允許時，可參見FP1硬
件技術手冊“8-8 FP1調制解調器通訊”，
設定系統寄存器No. 412, 413和415.
本系統設定為HO
當執行一般通訊時，此寄存器可指定作
為從RS232C串口接收數據的緩沖器使
用的數據寄存器的首地址。
(關于一般通訊設定的詳細說明參見235
和236頁系統寄存器No. 412和4130)
設定范圍:
C版本的FP-M2. 7K型和FPlC24C/C40C
型:KO"K1660
2 6
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
C版本的FP-MSK型和FP1 C56C, C72C
型:KO-K6144
例:如果在系統寄存器 No.4 17中輸入
KO，則RS232C串口接收數據的字節數存
于DTO中，而接收的數據從DT1開始存
放。
本系統設定為DT100
418 從RS232C 串
口接收數據的
緩半路上器容
量設定
K1660 此寄存器可指定緩器的字數。(詳細說明
參見237頁系統寄存器No. 417首地址設
定)
設定范圍
C版本的FP-M2. 7K型和FPlC24C/C40C
型:KO-K1660
C版本的FP-M5K型和FP1C56C/C72C型:
KO-K6144
例:如果在系統寄存器 No.4 17中輸入
KO，則系統寄存器No. 418中輸入K100,
則接收數據的個數存于DTO，接收的數
據從DT1開始存到DT99e
本系統中PLC通訊是通過一個子程序調用實現的，具體如下
卜-m即
卜介J
卜-PF1
卜匆卜f
卜4DF1
卜-pF)
卜-PF)
﹂卜陌曰陰
簫洲
勸幻
柳討體汁報討偷
1 3-fF飛t K0 OT 90 訪， I ，碧
羽
羽
，
2 7
華南理工大學工程碩士學位論文
茲日口日
卜-lDF
卜-" 1
卜mP)
卜匆「)
卜p下】
卜一p動
Tn 防
汽飛 份
州一}
R1D1I
-R-103I'
Ri 叮
-Ri104I
馬吁
76 加勿
刀洲到翻嶺創
N 4C少卿46
H 勺
Or刀]
OT 29 ]
卿二姍咖
味吮把黔寺
H 0
H 22聳
料D麟
〔T31
0T 90
目刁幣I
喇咖喇
陽的FO
一鹿卜||沖
那、潮
ti i-{FI二，柑，切， 勺7,97 盯月7
RE了
PLC的打印功能:
腳乙
松 下 P LC中內含有一條打印指示 F147(并行打印輸出)，其利用輸出
Y8做為頻率信號，由YO"Y7輸出ASCII碼值，利用特殊功能寄存器R9033
作為打印輸出標志。其時序如圖3-5所示:
AS刀HEX碼(YO to Y7)
側盯側娜
頻率信號(Y8)
R9033
圖3-5 PLC的打印時序
2 8
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
Fig3一5 Print protocol of PLC
打印時電路連接如下圖3-6所示: 打印機
圖3-6打印時電路連接
Fi g3 -6 C on ta c t
因為本系統中YO-Y7為復用口
circuit of PLC print
當 打 印時，不能將 中間繼 電器及控制
面板上的狀態發生變化。所以，在梯形圖編程時
T--}P- - OY[]
日Fn-一IYU
曰產-一[Y21
要 利用如下指令 :
陣一-二
如 此才能保證打印時不影響到其它功能。在打印時利用 PLC
及內部計數器，或將測試時的日期，時間及樣品流水號打出，
管理。
內部時鐘
便于用戶
本系統中PLC打印是通過一個子程序調用實現的，具體如下:
華南理工大學工程碩士學位論文
2289
欲和
2315
23，任
筋鉀娜鉀翻
2351
娜枷娜
237勻
l.#}
2艦與
n佃RIB
2115一日_「卜-W1
1R90>3-3- {下“7PRR159.
2424.日卜IOFA曰
2434
其它如測試控制等功能不再介紹。
3 0
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
3.4 PLC在通用安全測試系統中網絡遠程功能
如 圖 3 -7所示，通過 PLC的 422通訊口，經過串口轉換適配器完成 422
和232口的轉換后由MODEN和上級PC相連，從而在FPSOFT軟件的支持
下實現遠程診斷和監控功能。
圖 3- 7 P L C 在 通 用 安 全 測 試系統中網絡監控功能
Fi g3 一7 ci rc ui t of P LC r em ote control
3.5 邏輯控制裝置的設計
目前 用 于組合安全性能測試的邏輯控制裝置主要有以下三種形式:
1、 通 過單片機系統進行編碼及譯碼等形式進行控制，該方式成本
低 ， 但 易 受 外界干擾，設計制作周期長，改動比較困難。
2、 利用主令開關及繼電器陣實現控制，該方式對硬件依賴性大、
復 雜 ， 實 現 計數、延時等功能不方便，通訊及打印等功能無法實
現 。 主 要 用 于低級應用，功能簡單。
3、 利 用 PC機及 A/D卡、1/0卡控制，該方式一般用于快速檢測的
系 統 ， 通 常 配檢測線用。所占空間大，維護及運行成本高，模擬
信 號 易 受 干 擾。
本 設 計 目的是提供一種性能價格比高、控制可靠、施工維護方便，并
可以隨用戶的測試要求對系統很方便地調整測試項目、功能及時間的邏
輯控制裝置。它與繼電器控制裝置及各個安全檢測功能模塊相配合，即
可以實現各個模塊的自動及手動方式檢測，并可進行測試數據采集，打
印測試結果。
為 達 到 上述 目的，本設計是把邏輯控制裝置作為一個獨立的模塊，
采用和其所控制的其它儀表模塊相似的外觀并和其它模塊安裝在同一個
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
3.4 PLC在通用安全測試系統中網絡遠程功能
如 圖 3 -7所示，通過 PLC的 422通訊口，經過串口轉換適配器完成 422
和232口的轉換后由MODEN和上級PC相連，從而在FPSOFT軟件的支持
下實現遠程診斷和監控功能。
圖 3- 7 P L C 在 通 用 安 全 測 試系統中網絡監控功能
Fi g3 一7 ci rc ui t of P LC r em ote control
3.5 邏輯控制裝置的設計
目前 用 于組合安全性能測試的邏輯控制裝置主要有以下三種形式:
1、 通 過單片機系統進行編碼及譯碼等形式進行控制，該方式成本
低 ， 但 易 受 外界干擾，設計制作周期長，改動比較困難。
2、 利用主令開關及繼電器陣實現控制，該方式對硬件依賴性大、
復 雜 ， 實 現 計數、延時等功能不方便，通訊及打印等功能無法實
現 。 主 要 用 于低級應用，功能簡單。
3、 利 用 PC機及 A/D卡、1/0卡控制，該方式一般用于快速檢測的
系 統 ， 通 常 配檢測線用。所占空間大，維護及運行成本高，模擬
信 號 易 受 干 擾。
本 設 計 目的是提供一種性能價格比高、控制可靠、施工維護方便，并
可以隨用戶的測試要求對系統很方便地調整測試項目、功能及時間的邏
輯控制裝置。它與繼電器控制裝置及各個安全檢測功能模塊相配合，即
可以實現各個模塊的自動及手動方式檢測，并可進行測試數據采集，打
印測試結果。
為 達 到 上述 目的，本設計是把邏輯控制裝置作為一個獨立的模塊，
采用和其所控制的其它儀表模塊相似的外觀并和其它模塊安裝在同一個
華南理工大學工程碩士學位論文
機柜內(如圖3-7所示)。本設計由可編程序控制器(PLC), PLCC板、JR
板、PWR板、變壓器T1-T4、前、后面板和機箱構成。主控器件采用PLC,
利用其抗干擾性能好，適合于生產現場的優點。利用PLC內部的軟繼電
器，定時計數器編程實現控制功能，大大減少了硬件方面工作，便于構
成一個比較通用的控制系統。另外，通過232口實現和外部各儀表單元
的通訊，采集數據，從而利用其編程實現打印功能。通過繼電器板，用
繼電器擴展PLC端口的耐壓及過流能力。PLCC板是信號匯總的中心，用
來擴展PLC端口，是本設計可以實現接地電阻、絕緣電阻、泄漏電流、
電壓電流功率(低壓啟動)，工作及非工作狀況下耐壓等項目的繼電器動
作控制，測試項目指示，不合格項目指示，測試同步控制及測試結果打
印輸出等功能的關鍵。其上主要含有由變壓器T3, T4提供的5V及12V
電源，兩片4042，一片SN75466，兩片TLP521-4光隔，一片4N25光隔
及相應的阻容。
本 設 計 對信號進行了分類及整理，按照功能分類，分別連接不同的端
子。將和外部相連的信號全部歸于四個端口:弱電控制用工DC40的端子
和各個儀表模塊IDC40炸聯;232口和PC機及各個單臺儀表模塊相連;
強電控制信號由H2端口連到繼電器控制模塊;打印接口可直接連打印機
(如 圖 3-8)。本裝置內部信號也同樣進行了定義，便于調試及生產施工。
全部使用扁平電纜壓接，使得接線大大減少，提高了效率。安裝布置時
使基本沒有交叉，減少了相互千擾。
本 設 計 具有以下優點:
1、 通 過 PLCC板信號的轉接和對 PLC端口復用，便于施工、維護，且
節 約 成 本 ， 性能價格比高;
2、 主 控 元件采用 PLC，后面板上信號按類分離，增強了抗干擾能力，
提 高 了 控 制 可靠性;
3、 軟 、 硬件皆按最復雜要求設計為通用形式，受控的測試項目可以
任 意 組 合 且 基本上都采用排線連接，大大減少施工及調試復雜性，
便 于 生 產 、 管理;
4、 邏 輯 控制裝置設計時考慮到了升級功能，配不同外設即可按功能
強 弱 分 為 不 同型號，實用性好。
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
電派
開關
絕緣電阻測試模塊
泄月電沈測試模塊
電壓電流功率側試模塊
邏輯控制裝里模塊
接地電限洲試模塊
電氣強度溯試模塊
繼電界拉釗模塊
一一一王」
OQ-I?0。 00
拾出接線琦
圖3-8本設計邏輯控制裝置所在系統結構示意圖;
Fi g3 一8 S ys te m hardware stuctrue
一畜含轟
譚矛
圖3一9
一 ; - 一 「
邏輯控制裝置所在系統原理框圖
of
Fig3-9 Signal Logic control model insystem
3 3
華南理工大學工程碩士學位論文
圖 3 -1 0
Fig3一10 Function
邏輯控制裝置功能框圖
frame of Logic control model
3.6 家電通用安全性能組合測試信號的集中輸出端子
為 使 測 試信號從同一組端子輸出，檢測時則無須在對樣品和儀器進行
操作，為保證安全提高效率考慮，設計了繼電器一接觸器控制單元，在
本單元內通過自鎖及互鎖功能，將測試信號歸口為七個端子，五條線連
到樣品上(接地電阻用四個端子，兩條線)輸出，簡化了測試接線，而
且應用高壓繼電器(耐壓和絕緣隔離信號)等器件，保證了測試精度.
標號說明備注
s 電源整機電源總開關
DY 相線絕緣、耐壓、功率、低啟、泄漏側試輸出到試品的相
線
零線絕緣、耐壓、功率、低啟、泄漏鍘試輸出到試品的零
線
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圖 3 -1 0
Fig3一10 Function
邏輯控制裝置功能框圖
frame of Logic control model
3.6 家電通用安全性能組合測試信號的集中輸出端子
為 使 測 試信號從同一組端子輸出，檢測時則無須在對樣品和儀器進行
操作，為保證安全提高效率考慮，設計了繼電器一接觸器控制單元，在
本單元內通過自鎖及互鎖功能，將測試信號歸口為七個端子，五條線連
到樣品上(接地電阻用四個端子，兩條線)輸出，簡化了測試接線，而
且應用高壓繼電器(耐壓和絕緣隔離信號)等器件，保證了測試精度.
標號說明備注
s 電源整機電源總開關
DY 相線絕緣、耐壓、功率、低啟、泄漏側試輸出到試品的相
線
零線絕緣、耐壓、功率、低啟、泄漏鍘試輸出到試品的零
線
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
外殼絕緣、耐壓、功率、低啟、泄漏測試輸出到試品的外
殼
JD I地(大夾) 接地電阻測試輸出到試品的接地端
V 地(小
夾)
I殼(大夾) 接地電阻測試輸出到試品的外殼
V 殼(小
夾)
TG1 低啟電壓
調節
電壓調節范圍ACO--250V
TG2 泄漏電壓
調節
電壓調節范圍ACO-260V
3.7 ST 70 檢 測 線 簡 述
本 系 統 主體分為三部分:電腦，檢測柜和檢測線體.系統實質為一主
從結構的測試系統。電腦作為主機，利用COM2通訊口，采用RS232接口
和檢測柜各單元模塊相連而采集數據。各儀表及PLC相當于從機，響應
主機命令。儀表柜和檢側線體間則主要是測試信號線，用于將檢測所需
的信號引入或加出。下面分類說明:
電 腦 部 分
本 部 分 含主機，顯示器，打印機及 UPS四部分。主要功能為數據采集
及處理，提供顯示及報表功能。其與檢測柜間的聯接是串口。電腦工作
電源為市電經UPS后提供。
檢 測 柜 部分
本 部 分 由各個儀表模塊，公共邏輯控制單元加繼電器單元組成。主要
在線狀態時將測試數據傳入電腦，離線狀態時將電腦送下的結果在“公
共邏輯控制器“單元的面板上顯示:當脫機運行時，系統在PLC的控制
下自動完成測試功能。系統連接上，用一條四芯屏蔽線和電腦相連:檢
測信號線連到檢測線體的測試工位處。
檢 測 線 體
本 部 分 主要由電機驅動，運行小車、導電排，導電刷等部分組成，為
檢測及運行提供一個平臺。安裝有上、下線行程開關，判斷工位上是否
有樣品的光電開關，其信號都加到PLC模塊的輸入端，反映檢測線所處
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
外殼絕緣、耐壓、功率、低啟、泄漏測試輸出到試品的外
殼
JD I地(大夾) 接地電阻測試輸出到試品的接地端
V 地(小
夾)
I殼(大夾) 接地電阻測試輸出到試品的外殼
V 殼(小
夾)
TG1 低啟電壓
調節
電壓調節范圍ACO--250V
TG2 泄漏電壓
調節
電壓調節范圍ACO-260V
3.7 ST 70 檢 測 線 簡 述
本 系 統 主體分為三部分:電腦，檢測柜和檢測線體.系統實質為一主
從結構的測試系統。電腦作為主機，利用COM2通訊口，采用RS232接口
和檢測柜各單元模塊相連而采集數據。各儀表及PLC相當于從機，響應
主機命令。儀表柜和檢側線體間則主要是測試信號線，用于將檢測所需
的信號引入或加出。下面分類說明:
電 腦 部 分
本 部 分 含主機，顯示器，打印機及 UPS四部分。主要功能為數據采集
及處理，提供顯示及報表功能。其與檢測柜間的聯接是串口。電腦工作
電源為市電經UPS后提供。
檢 測 柜 部分
本 部 分 由各個儀表模塊，公共邏輯控制單元加繼電器單元組成。主要
在線狀態時將測試數據傳入電腦，離線狀態時將電腦送下的結果在“公
共邏輯控制器“單元的面板上顯示:當脫機運行時，系統在PLC的控制
下自動完成測試功能。系統連接上，用一條四芯屏蔽線和電腦相連:檢
測信號線連到檢測線體的測試工位處。
檢 測 線 體
本 部 分 主要由電機驅動，運行小車、導電排，導電刷等部分組成，為
檢測及運行提供一個平臺。安裝有上、下線行程開關，判斷工位上是否
有樣品的光電開關，其信號都加到PLC模塊的輸入端，反映檢測線所處
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的狀態。
巫可本，卜，}。丁10111門科州石州神n屬神川Im1竺f+腸0:。腸知
u 口巳 1一’rr-
. }41知倒二拍抽婦州曲血}} 措
翼1D}046a0=lJ oilt'zn- Dwotwoi trats , l Iit- pt' l}tDPA V-k,t l 1 ， J
以一跳目
f ， 準
_ 貓， 一域
一與擴甸
Fig3一11 Test structure of auto.testline
3. 7 本章小結
1、 控 制 部分用 PLC可編程控制器，增強了抗干擾能力，更適合工業
現場使用;
2、 利 用 設計的 PLC擴展板，多次得用 YO‘Y7口，增強了裝置的功能，
降低了成本;
3、 各 單 臺儀表由單片機獨立控制，可聯 PLC進行自動測試和打印數
據，并能與上位PC電腦構成一個具有數據處理，存貯、統計打印的測試
系統，形成從自動，打印到數據存貯打印的多級別的系列設備，能滿足
客戶的不同需求;
4、 并 在 項目上采取積木結構方便生產維修:
華南理工大學工程碩士學位論文
的狀態。
巫可本，卜，}。丁l01il 門科州石州神n屬神川Im1竺f+腸97。腸知
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以一跳目
f ， 準
_ 貓， 一域
一與擴甸
Fig3一11 Test structure of auto.testline
3. 7 本章小結
1、 控 制 部分用 PLC可編程控制器，增強了抗干擾能力，更適合工業
現場使用;
2、 利 用 設計的 PLC擴展板，多次得用 YO‘Y7口，增強了裝置的功能，
降低了成本;
3、 各 單 臺儀表由單片機獨立控制，可聯 PLC進行自動測試和打印數
據，并能與上位PC電腦構成一個具有數據處理，存貯、統計打印的測試
系統，形成從自動，打印到數據存貯打印的多級別的系列設備，能滿足
客戶的不同需求;
4、 并 在 項目上采取積木結構方便生產維修:
第三章ST通用安全組合測試儀的研制
5、 可 以 通過網絡進行遠程監控，產品在系統結構及性能指標方面達
到了國內同類產品的先進水平。
目前 ，S T系列己經應用于很多企業及質檢驗機構應用，包括浙江商檢，
杭州司邁特飲水機和順德質檢所等.
華南理工大學工程碩士學位論文
第 四 章 SI 通用安全組合測試儀的研制
4. 1 開發目的和指標要求
s工 通 用 安全組合測試儀是公司順應組合安全性能的測試儀器的發展
趨勢而開發的小型化的測試儀器。儀器的主要技術指標及功能如下表所
列，目的為填補現在ST系列及單臺的空檔，為檢驗機構提供可替代進口
的小型化設備。
測試項目及性能準確度及性能要求
接地電阻
直流恒流10A/25A 可切換，t2%讀數
接地電阻
0-0.3 4 (25A) 士(1%讀數+1m0)
0-0.70 (10A ) 顯示分辯率 0.1m 11
測試時間
2-99秒(自動)
連續(手動)
絕緣電阻
測試電壓DC500V/1000V可切換，15%
絕緣電阻0.5M-2M-20M-200M 0 士5%
測試時間
2-99秒(自動)
連續(手動)
電氣強度
側試電壓0-5KV 士3%
測試電流0.5mA-2mA-20mA 士3% 自動換檔
測試時間
1-99秒(自動) 在60S處校準， 士5%
連續〔手動)
泄漏電流
測試電壓0--250V 士1%FS
測試電流
0.5mA-2mA-20mA 土(1%RD+2%FS)自動
換 檔
側試時間
2-99秒(自動)
連續(手動)
系統設置功能
自動1手動測試方式:測試項目和測試順序:蜂鳴器有效
1無效;打印有效I無效:所測試樣品編號;出現不合格
是否中斷測試;測試儀的通訊參數(通訊地址、波特率);
系統的時鐘(年、月、日、時、分、秒)進行設置
參數設置功能對各個項目測試條件、測試時間及報替限值進行設置
打印功能
當選擇“自動”測試狀態，且打印有效時，每次測試完
畢將會打印測試日期、時間、編號及測試結果
外接控制功能可外接信號控制“開始測試“、“連續測試”及“不合格
3 8
華南理工大學工程碩士學位論文
第 四 章 SI 通用安全組合測試儀的研制
4. 1 開發目的和指標要求
s工 通 用 安全組合測試儀是公司順應組合安全性能的測試儀器的發展
趨勢而開發的小型化的測試儀器。儀器的主要技術指標及功能如下表所
列，目的為填補現在ST系列及單臺的空檔，為檢驗機構提供可替代進口
的小型化設備。
測試項目及性能準確度及性能要求
接地電阻
直流恒流10A/25A 可切換，t2%讀數
接地電阻
0-0.3 4 (25A) 士(1%讀數+1m0)
0-0.70 (10A ) 顯示分辯率 0.1m 11
測試時間
2-99秒(自動)
連續(手動)
絕緣電阻
測試電壓DC500V/1000V可切換，15%
絕緣電阻0.5M-2M-20M-200M 0 士5%
測試時間
2-99秒(自動)
連續(手動)
電氣強度
側試電壓0-5KV 士3%
測試電流0.5mA-2mA-20mA 士3% 自動換檔
測試時間
1-99秒(自動) 在60S處校準， 士5%
連續〔手動)
泄漏電流
測試電壓0--250V 士1%FS
測試電流
0.5mA-2mA-20mA 土(1%RD+2%FS)自動
換 檔
側試時間
2-99秒(自動)
連續(手動)
系統設置功能
自動1手動測試方式:測試項目和測試順序:蜂鳴器有效
1無效;打印有效I無效:所測試樣品編號;出現不合格
是否中斷測試;測試儀的通訊參數(通訊地址、波特率);
系統的時鐘(年、月、日、時、分、秒)進行設置
參數設置功能對各個項目測試條件、測試時間及報替限值進行設置
打印功能
當選擇“自動”測試狀態，且打印有效時，每次測試完
畢將會打印測試日期、時間、編號及測試結果
外接控制功能可外接信號控制“開始測試“、“連續測試”及“不合格
3 8
第四章Si通用安全組合測試儀的研制
通訊功能具R-232或RS-485通訊口。可傳遞測試結果、各設置參
過流保護功能
耐壓和泄漏測試電流25 > mA，軟件保護，中斷測試。
當漏電流>30-40mA，會有硬件保護切斷測試回路
4.2 SI 總體規劃
Si 通 用 安全組合測試儀表不同于 ST或其他類似于 ST類型的組合通用
安全測試儀表，為實現小型化，采用只有一個MCU控制各個項目的測試，
而并非由MCU控制單個項目的測試再經過CPU控制MCU的主從控制。
針 對 本 項目要求;接地電阻、絕緣電阻、泄漏電流及耐壓四個安全的
任意組合。總體上要求采用單片機技術，液晶中文顯示操作引導，具有
通訊、打印及遠端控制口，并具有簡單的自校、自診斷功能。儀器的測
試項目、測試時間、設定合格限等功能向用戶開放，而且儀器可以外配
負載箱。采用下面的原理.
4.2. 1.工作原理框圖
圖 4- 1 S 工 工 作 原 理 框 圖
Fig 4 一1 Fr am e of S I s ys te m
4.2.2原理簡述
本 測 試 儀主要由繼電器、接觸器控制矩陣，測試控制電路、采樣變送
電路、單片機系統等組成。整個測試儀由單片機控制。用戶輸入各設置
信息，手動/自動狀態測試順序、測試項目、測試時間、報普限值等。單
片機根據設置的信息進入相應的測試過程，控制繼電器、接觸器，讀入、
處理并顯示各測試數據，同時進行報警限值的比較，并給出不合格指示。
自動測試過程結束時，通過打印口打印日期、項目、測試數據及不合格
標識。測試過程及待機狀態時，上位機通過串行接口與測試儀進行數據
第四章Si通用安全組合測試儀的研制
通訊功能具R-232或RS-485通訊口。可傳遞測試結果、各設置參
過流保護功能
耐壓和泄漏測試電流25 > mA，軟件保護，中斷測試。
當漏電流>30-40mA，會有硬件保護切斷測試回路
4.2 SI 總體規劃
Si 通 用 安全組合測試儀表不同于 ST或其他類似于 ST類型的組合通用
安全測試儀表，為實現小型化，采用只有一個MCU控制各個項目的測試，
而并非由MCU控制單個項目的測試再經過CPU控制MCU的主從控制。
針 對 本 項目要求;接地電阻、絕緣電阻、泄漏電流及耐壓四個安全的
任意組合。總體上要求采用單片機技術，液晶中文顯示操作引導，具有
通訊、打印及遠端控制口，并具有簡單的自校、自診斷功能。儀器的測
試項目、測試時間、設定合格限等功能向用戶開放，而且儀器可以外配
負載箱。采用下面的原理.
4.2. 1.工作原理框圖
圖 4- 1 S 工 工 作 原 理 框 圖
Fig 4 一1 Fr am e of S I s ys te m
4.2.2原理簡述
本 測 試 儀主要由繼電器、接觸器控制矩陣，測試控制電路、采樣變送
電路、單片機系統等組成。整個測試儀由單片機控制。用戶輸入各設置
信息，手動/自動狀態測試順序、測試項目、測試時間、報普限值等。單
片機根據設置的信息進入相應的測試過程，控制繼電器、接觸器，讀入、
處理并顯示各測試數據，同時進行報警限值的比較，并給出不合格指示。
自動測試過程結束時，通過打印口打印日期、項目、測試數據及不合格
標識。測試過程及待機狀態時，上位機通過串行接口與測試儀進行數據
第四章Si通用安全組合測試儀的研制
通訊功能具R-232或RS-485通訊口。可傳遞測試結果、各設置參
過流保護功能
耐壓和泄漏測試電流25 > mA，軟件保護，中斷測試。
當漏電流>30-40mA，會有硬件保護切斷測試回路
4.2 SI 總體規劃
Si 通 用 安全組合測試儀表不同于 ST或其他類似于 ST類型的組合通用
安全測試儀表，為實現小型化，采用只有一個MCU控制各個項目的測試，
而并非由MCU控制單個項目的測試再經過CPU控制MCU的主從控制。
針 對 本 項目要求;接地電阻、絕緣電阻、泄漏電流及耐壓四個安全的
任意組合。總體上要求采用單片機技術，液晶中文顯示操作引導，具有
通訊、打印及遠端控制口，并具有簡單的自校、自診斷功能。儀器的測
試項目、測試時間、設定合格限等功能向用戶開放，而且儀器可以外配
負載箱。采用下面的原理.
4.2. 1.工作原理框圖
圖 4- 1 S 工 工 作 原 理 框 圖
Fig 4 一1 Fr am e of S I s ys te m
4.2.2原理簡述
本 測 試 儀主要由繼電器、接觸器控制矩陣，測試控制電路、采樣變送
電路、單片機系統等組成。整個測試儀由單片機控制。用戶輸入各設置
信息，手動/自動狀態測試順序、測試項目、測試時間、報普限值等。單
片機根據設置的信息進入相應的測試過程，控制繼電器、接觸器，讀入、
處理并顯示各測試數據，同時進行報警限值的比較，并給出不合格指示。
自動測試過程結束時，通過打印口打印日期、項目、測試數據及不合格
標識。測試過程及待機狀態時，上位機通過串行接口與測試儀進行數據
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交換，可傳遞測試結果及設置參數。
4.3 SI 硬件設計要求及實現
4.3. 1硬件設計要求
1、 完 善 的功能需求
(1 ) 測 量功能
能 分 別 測量接地電流、接地電阻、絕緣電壓、絕緣電阻、泄漏電壓、
泄漏電流、耐壓電壓及耐壓電流。
當 某 項 目正在測試時，刷新該項的測試數據。
自動 測 試時，已測試過的項 目數據鎖存在顯示屏上，直至下一次測試
開始。
(2 ) 上 、下限報替功能
當 接 地 電阻、泄漏電流、耐壓擊穿電流>上限沒定值，判定為不合格，
相應數據不合格區顯示“*”，不合格指示燈亮。
當絕緣電阻<下限設定值，判定為不合格，相應數據不合格區顯示“*”，>上限沒定值，判定為不合格，
相應數據不合格區顯示“*”，不合格指示燈亮。
當絕緣電阻<下限設定值，判定為不合格，相應數據不合格區顯示“*”，>上限沒定值，判定為不合格，
相應數據不合格區顯示“*”，不合格指示燈亮。
當絕緣電阻<下限設定值，判定為不合格，相應數據不合格區顯示“*”，>22mA(儀器滿量程為 20mA)時，則通過
程序切斷測試回路:如果>30mA，則有一個比較電路斷開電流。
(3 ) 各 部分功能模塊電源路路獨立，相互間聯系通過光禍隔離一部
分功能的問題不會影響到其它功能。
通 過 上 述功能的設計，實現了以滿足用戶需要出發進行開發的觀點，
便于大部分客戶選擇。
4.3.2 硬件設計要求的實現
為 達 到 設計要求，系統應用了信利 320X240點陣液晶顯示屏，通過隔
離采樣，AD536真有效值變換，TLC2543作為A/D專換，X25045 "看門狗”
電路，DS12887系統時鐘，8255作為1/0口控制，MCU選用89C55, MAX202E,
75184分別用于232和485通訊， 在通過6264,27256等器件，實現4. 3. 1
華南理工大學工程碩士學位論文
絕緣項目選擇鍵〔手動測試時有效)
(rm
【亙〕
泄漏項目選擇鍵(手動測試時有效)
泄漏相一殼I零一殼測試切換鍵(手動測試時有效)
進入設置菜單，選擇設置項目
設置數值增加鍵i設置狀態修改鍵
設置數值減少鍵i設置狀態修改鍵
匡
CE
設置菜單一測試主菜單返回鍵
系統設置菜單/參數設置菜單切換鍵
(1 2) 數 據快速設置功能
“△ ” 鍵 及 “v^鍵用于改變 (加/減)設置數據。對于 4位數據，
連續按壓“△ ”鍵或“v "鍵:
連 續 按 壓次數<10次時，個位數據改變;
10 次 ( 連續按壓次數<20次時，十位數據改變:
連 續 按 壓次數)20次時，百位數據改變。
2、 儀 器 的自身保護功能完善
(1 ) 從 采樣部分來講，利用初次級間耐壓大于 5KV的電流互感器進
行電流采樣，有效防止測試中的高壓信號串入后級電路而損壞器件。
(2 ) 儀 器自己具有軟件及硬件保護兩種功能
當 測 試 泄漏和耐壓，漏電流>22mA(儀器滿量程為 20mA)時，則通過
程序切斷測試回路:如果>30mA，則有一個比較電路斷開電流。
(3 ) 各 部分功能模塊電源路路獨立，相互間聯系通過光禍隔離一部
分功能的問題不會影響到其它功能。
通 過 上 述功能的設計，實現了以滿足用戶需要出發進行開發的觀點，
便于大部分客戶選擇。
4.3.2 硬件設計要求的實現
為 達 到 設計要求，系統應用了信利 320X240點陣液晶顯示屏，通過隔
離采樣，AD536真有效值變換，TLC2543作為A/D專換，X25045 "看門狗”
電路，DS12887系統時鐘，8255作為1/0口控制，MCU選用89C55, MAX202E,
75184分別用于232和485通訊， 在通過6264,27256等器件，實現4. 3. 1
第四章si通用安全組合測試儀的研制
中要求的功能。
13 14 15 16 17 18 19
O O O O O O O
20
O
口口國
口口回回國
口口園
1. 320 X 240點陣液晶顯示屏2 增加(△)鍵3 左移(叼)
鍵4 設置鍵5 右移(卜)鍵6.減少(v)鍵
7.手動耐壓鍵8.手動接地鍵9手動絕緣鍵10.手動泄
漏鍵11.手動泄漏L/N切換鍵12.測試鍵13.
正在測試指示燈14.耐壓項目指示燈15.絕緣項目指示燈
16.泄漏項目指示燈17.接地項目指示燈18.泄漏L/N測
試指示燈19.測試結果不合格指示燈20.高壓電壓調節
旋鈕21.電源開關
圖 4- 2 前 面 板 布 置 圖
Fi g4 一 2 F ro n t pa n el o f S I
護少。‘16‘
10茜。西
1 2 3
d丁c-
夕夕
0J 護
夕夕
相線端(輸出到試品的相線) 2.零線端(輸入到試品的零線)
4 3
華南理工大學工程碩士學位論文
外殼端(輸出到試品的外殼) 4.泄漏測試電源輸入相線端5
泄漏測試電源輸入零線端6.接地外殼電流端7.接地外殼采樣
端8.接地地線電流端9.接地地線采樣端10.
RS-232通訊 口 (2-RXD, 3-TXD, 5 -G N D) 11 打 印 口 12.
RS-485通訊口 (@@:D ATA+ :) (@:D ATA-) 13 .外接測試信號 (①②:
連續測試控制;③④:測試啟動控制;⑤⑥:不合格輸出) 14. 220V,
50Hz電源插座 15.保險絲座(3A) 1 6 .測 試儀接地端
圖 4- 3 后 面 板 布 置 圖
Fi g4 一 3 Ba ck pa n el o f S I
4.3.3 提高儀器的精度及抗干擾能力采取的措施
1、 利 用 GW1205高壓電源為絕緣電阻測試用 500V/1000V電壓源，其
為內部采用頻率和脈寬調制相結合的開關電源，解決了原來采用3524振
蕩升壓濾波獲得恒壓500V時雜有工頻干擾的問題。
GW 12 05 為它激式、單管反激升壓，由副線圈低壓取樣調節控制輸出高
壓，實現輸入、輸出隔離0-1200V可調，最大輸出電流5mA，低紋波、高
效率，其工作原理方框圖如下:
+1200v
圖 4- 4 GW 12 05 高 壓 電 源 工 作 原 理 框 圖
Fi g4 一 4 F r am e o f GW 12 0 5
電 路 中 采用開關脈沖頻率 (20KHz"50KHz)、脈寬占空比、功率驅動三
者同時變化控制輸出，得到高壓輸出0-1200V連續調節，不同輸出功率
下的高轉換效率，器件為CMOS芯片，功率管，進口小型高壓電容，變壓
器采用高質罐形磁材。使得紋波毛0. 1V，簡化了后級采樣電路處理難度，
并有利于提高測試精度。
2、 從 電 源方面考慮擾干擾措施
華南理工大學工程碩士學位論文
外殼端(輸出到試品的外殼) 4.泄漏測試電源輸入相線端5
泄漏測試電源輸入零線端6.接地外殼電流端7.接地外殼采樣
端8.接地地線電流端9.接地地線采樣端10.
RS-232通訊 口 (2-RXD, 3-TXD, 5 -G N D) 11 打 印 口 12.
RS-485通訊口 (@@:D ATA+ :) (@:D ATA-) 13 .外接測試信號 (①②:
連續測試控制;③④:測試啟動控制;⑤⑥:不合格輸出) 14. 220V,
50Hz電源插座 15.保險絲座(3A) 1 6 .測 試儀接地端
圖 4- 3 后 面 板 布 置 圖
Fi g4 一 3 Ba ck pa n el o f S I
4.3.3 提高儀器的精度及抗干擾能力采取的措施
1、 利 用 GW1205高壓電源為絕緣電阻測試用 500V/1000V電壓源，其
為內部采用頻率和脈寬調制相結合的開關電源，解決了原來采用3524振
蕩升壓濾波獲得恒壓500V時雜有工頻干擾的問題。
GW 12 05 為它激式、單管反激升壓，由副線圈低壓取樣調節控制輸出高
壓，實現輸入、輸出隔離0-1200V可調，最大輸出電流5mA，低紋波、高
效率，其工作原理方框圖如下:
+1200v
圖 4- 4 GW 12 05 高 壓 電 源 工 作 原 理 框 圖
Fi g4 一 4 F r am e o f GW 12 0 5
電 路 中 采用開關脈沖頻率 (20KHz"50KHz)、脈寬占空比、功率驅動三
者同時變化控制輸出，得到高壓輸出0-1200V連續調節，不同輸出功率
下的高轉換效率，器件為CMOS芯片，功率管，進口小型高壓電容，變壓
器采用高質罐形磁材。使得紋波毛0. 1V，簡化了后級采樣電路處理難度，
并有利于提高測試精度。
2、 從 電 源方面考慮擾干擾措施
第四章Si通用安全組合測試儀的研制
采 用 如 圖 2-3 SI電源工作原理框圖所示的儀表電源回路，通過后用
電源濾波器，用開關電源供電，并且在印制電路板上將各個功能塊部分
電源互相獨立，信號傳送用光隔隔離，消除了各組不同電源之間的相互
影響，并且亦有利于保護儀器，一個功能塊出現故障不會引起整個儀器
功能的喪失。
圖4-5 SI電源工作原理框圖
Fig4一5 Fra口e of source
3、從采樣電路上考慮提高抗干擾能力及精度
對于ST組合類型的儀器，各個檢測項目的功能實現是完全獨立的，
而本次開發中限定的儀器體積小于原來的1/6，所以必須考慮新的采樣方
法，采用如如圖4-6所示的采樣變送及CPU控制的框圖。
A1〕十1
AD -2
華南理工大學工程碩士學位論文
LIN切換
單片機部分及擴展
圖 4-6 SI采樣變送及 CPU控制的框圖
Fig4一6 Frame of sample and CPU control
由 如 圖 4-6可以看出，各路信號在采樣后上 AD時，信號都是用同一
個12V的地，如接地電阻信號通過差動放大器AD623，耐壓、泄漏的信號
經過CT的隔離，絕緣電阻模塊的高低壓之間本身就是隔離的，如此，則
消除了各采樣信號間的路路隔離問題，特別是泄漏及耐壓采用如圖4-7
所示采樣電路，有效地保護了后級電路受到試品上高壓影響;動作電流
采用電流法采樣， 消除了高壓引起電壓影響， 消除了電壓底數。
第四章SI通用安全組合測試儀的研制
口| 咫川R2
圖4-7耐壓采樣電路
Fig4-7 sample circuit of electric strength
4、 利 用 看門狗電路及時鐘電路提高系統抗干擾能力
儀 器 中 各個測試項 目都可以由用戶設定測試時間，采用了定時時鐘
DS12887的秒中斷輸出作為單片機的INTO輸入。利用看門狗電路X25045
當作各個設定條件的存儲器，如果單片機程序有問題>5秒鐘之內不訪問
X25045，則會復位單片機系統為初始化狀態，所有信號皆不會輸出，從
而防止測試中死機時信號不能切斷引起事故。
5、 采 用 新的抗干擾器件消除干擾
一 般 人 們為消除電路中脈沖干擾用壓敏電阻或電容，現在利用新型的
抗干擾器件瞬態電壓抑制器(TVS)，其動作時間為10-'s (S)，比壓敏電
阻快三個數量級，本儀器設計中在電源，信號采樣等處皆采用該器件進
行保護，削弱串擾尖峰的影響.
6、 從 整 機結構上消除干擾
如 圖 4- 8所示
，‘ j {1C
7--9-11
圖4-8整機安裝結構示意圖
Fig4一8 Fix structrue of SI
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由 圖 可 以看出，儀器分為上下兩部分，上層為單片機及變送部分的微
小信號，下層為接地、耐壓、泄漏等電源及采樣部分，將儀器分為上下
兩層，一方面為儀器很緊湊，另一方面采用如上圖的結構，相當于對易
受干擾的單片機部分進行了屏蔽及接地措施，防止接地的磁場及耐壓斷
電時的干擾。
4.4 SI 軟件設計要求及實現
開 發 以 AT89C55為控制核心，其內部可利用的資源如下。
20 K FLASH ROM:
25 6字 節 片內RAM(位尋址單元);
特 殊 功 能寄存器;
三 個 定 時器:
TO : 用 于 測 試定時器 (現暫采用 DS12887作測試定時)
T1 : 通 波 特 率發生器
T2 : 未 使 用
5個 中 斷源
IN TO : DS 12 887中斷
IN T1 : 鍵 盤 中斷
TO 中 斷 : 測 試定時中斷 (暫未用)
T1 中 斷 : 未 使用
串 行 中 斷 : 使用
四 個工作 寄存器 組
RS1 RSO 寄存器組 對應 RAM地址 用 途
0 0 組 0 OOH-07H 主程序
0 1 組1 08H-OFH 未使用
1 0 組 2 1OH-17H 串行通訊程序
1 1 組 3 18H"1FH 鍵盤 中斷程序
4.4.1 S1 軟 件 設計要求
本 部 分 有較多的資料可以調單臺儀表測試儀器開發時的單片機開發
平臺的內容，如器件的初始化及數據讀取、數據的運算等。本程序包括1
個主程序文件及25個子程序庫文件。根據實現的功能將不同的子程序庫
分類。
以 開 機 測試一個循環為基礎，分為以下三部分:
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由 圖 可 以看出，儀器分為上下兩部分，上層為單片機及變送部分的微
小信號，下層為接地、耐壓、泄漏等電源及采樣部分，將儀器分為上下
兩層，一方面為儀器很緊湊，另一方面采用如上圖的結構，相當于對易
受干擾的單片機部分進行了屏蔽及接地措施，防止接地的磁場及耐壓斷
電時的干擾。
4.4 SI 軟件設計要求及實現
開 發 以 AT89C55為控制核心，其內部可利用的資源如下。
20 K FLASH ROM:
25 6字 節 片內RAM(位尋址單元);
特 殊 功 能寄存器;
三 個 定 時器:
TO : 用 于 測 試定時器 (現暫采用 DS12887作測試定時)
T1 : 通 波 特 率發生器
T2 : 未 使 用
5個 中 斷源
IN TO : DS 12 887中斷
IN T1 : 鍵 盤 中斷
TO 中 斷 : 測 試定時中斷 (暫未用)
T1 中 斷 : 未 使用
串 行 中 斷 : 使用
四 個工作 寄存器 組
RS1 RSO 寄存器組 對應 RAM地址 用 途
0 0 組 0 OOH-07H 主程序
0 1 組1 08H-OFH 未使用
1 0 組 2 1OH-17H 串行通訊程序
1 1 組 3 18H"1FH 鍵盤 中斷程序
4.4.1 S1 軟 件 設計要求
本 部 分 有較多的資料可以調單臺儀表測試儀器開發時的單片機開發
平臺的內容，如器件的初始化及數據讀取、數據的運算等。本程序包括1
個主程序文件及25個子程序庫文件。根據實現的功能將不同的子程序庫
分類。
以 開 機 測試一個循環為基礎，分為以下三部分:
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由 圖 可 以看出，儀器分為上下兩部分，上層為單片機及變送部分的微
小信號，下層為接地、耐壓、泄漏等電源及采樣部分，將儀器分為上下
兩層，一方面為儀器很緊湊，另一方面采用如上圖的結構，相當于對易
受干擾的單片機部分進行了屏蔽及接地措施，防止接地的磁場及耐壓斷
電時的干擾。
4.4 SI 軟件設計要求及實現
開 發 以 AT89C55為控制核心，其內部可利用的資源如下。
20 K FLASH ROM:
25 6字 節 片內RAM(位尋址單元);
特 殊 功 能寄存器;
三 個 定 時器:
TO : 用 于 測 試定時器 (現暫采用 DS12887作測試定時)
T1 : 通 波 特 率發生器
T2 : 未 使 用
5個 中 斷源
IN TO : DS 12 887中斷
IN T1 : 鍵 盤 中斷
TO 中 斷 : 測 試定時中斷 (暫未用)
T1 中 斷 : 未 使用
串 行 中 斷 : 使用
四 個工作 寄存器 組
RS1 RSO 寄存器組 對應 RAM地址 用 途
0 0 組 0 OOH-07H 主程序
0 1 組1 08H-OFH 未使用
1 0 組 2 1OH-17H 串行通訊程序
1 1 組 3 18H"1FH 鍵盤 中斷程序
4.4.1 S1 軟 件 設計要求
本 部 分 有較多的資料可以調單臺儀表測試儀器開發時的單片機開發
平臺的內容，如器件的初始化及數據讀取、數據的運算等。本程序包括1
個主程序文件及25個子程序庫文件。根據實現的功能將不同的子程序庫
分類。
以 開 機 測試一個循環為基礎，分為以下三部分:
第四章Si通用安全組合測試儀的研制
1. 測 試 準備
2. 設 置 參數
3. 執 行 測試過程
測 試 準 備
本 部 分 在硬件上 電初始化后，要求進行程序存儲器、數據存儲器、
EPROM及系統時鐘等的初始化及檢查:通過讀、寫數據并比較，判斷器
件工作是否正常;進行AD的檢驗，切換到第9路讀取，看采樣讀回值是
否與預存儲值在一定的誤范圍內，判斷A/D部分的正確性;以上操作完
成后，在屏幕上出現正常標志;否則，再次進行初始化工作。
當 完 成 初始化操作和系統測試且正常后，進入待機方式~開中斷。按
“測試”鍵則據EPROM中的設定開始檢測;按“設置”則中斷進入設置
操作，另外，尚有輸出通道自行測試，即FMQ鳴響一次，顯示可正常檢
測標志。
2. 設 置 部分
設 置 時 不響應 “測試”按鍵，退出設置部分才響應。
1) 測 試 項目及其相關內容
首 先 是 選擇項目:接地電阻、絕緣電阻、耐壓、泄漏電流四個項目。
接 電 阻 項目的設置參數:10/25A選擇，默認 25A，設定后存儲舊值;
接地電阻測試時間:接電阻合格上限。
絕 緣 電 阻項 目設置參數:500V/1000V選擇，默認 500V;測試時間:
絕緣電阻合格下限。
耐 壓 設 置:測試電壓;動作電流;測試時間。
注 : 耐 壓設置時內部有高壓產生，但是高壓繼電器不動作，外部無高
壓輸出。
泄 漏 電 流:測試電壓;測試時間;泄漏電流上限。
2) 測 試 狀態功能設置
出 現 不 合格項 目后，終止/繼續測試;
FM Q 的 報警，有/無效 (5S);
只 測 一 個項 目 (限于絕緣及泄漏)時，連續/斷續工作狀態選擇;
各個 測 試 項目的測試順序，默認為JD,J Y,N Y,% L;
測 試 完 畢后 FMQ( 1 S)鳴響;
3) 通 訊 功能設置
1) 串 口 地址
2) 波 特 率
3. 測 試 功 能
華南理工大學工程碩士學位論文
項 目 測 試過程中關面板按鍵響應的中斷 (但測單個項目時響應中斷)。
測 試 中 ，CPU根據 EPROM中的設置依次接通各個項 目，經采樣、變送、
A/D后將值經單片機處理輸出到液晶顯示器上，顯示每秒刷新一次。測試
完畢后保留測試數值，并且液晶顯示器上顯示測試完畢標志，測試中，
顯示屏上能反應所處狀態的信息。
其中用RAM 記錄測試狀態信息.即正在測什么項目，現在的檢測值，己進行時
間等信息，以便萬一單片機受擾或程序有問題看門狗復位后不能完成檢
測，單片機復位完成后，即轉向查詢該信息，恢復被打斷的過程。
4.4.2 SI軟件流程圖
附錄5本設計的程序流程圖， 已經細化到直接調用第二章的單片機平
臺即可完成軟件編制的地步。典型的耐壓測試流程見圖4-9.
4.4.3 SI軟件軟件抗干擾設計
在 理 想 情況下，軟件可以正常執行。但在工業現場環境的干擾下，軟
件的周期性、相關性及實時性受到破壞，程序無法正常執行，導致控制
系統的失控。其主要表現是:破壞了程序的正常運行，程序最后常常進
入一個毫無意義的死循環中，使系統推動相關性和周期性，造成系統資
源被某個任務模塊獨占，使系統發生死鎖;干擾侵入系統的前向通道，
疊加在信號上，導致數據采集誤差加大;RAM數據區受到干擾發生變化，
造成數值誤差、控制失靈、程序狀態及定時器/計數器、串行口等部件的
工作狀態改變;控制狀態失靈等。
本 設 計 中，采用算術平均濾波法數字濾波消除傳感器通道中的干擾信
號:另外監視跟蹤定時器法防止程序跑飛。定時器的定時時間稍大于主
程序正常運行一個循環的時間，在主程序運行過程中執行一次定時器時
間常數刷新操作。這樣，只要程序正常運行，定時器不會出現定時中斷。
而當程序運行失常，不能及時刷新定時器時間常數而導致定時中斷，利
用定時中斷服務程序將系統復位。本設計中是通過對WDG電路的操作實
現。
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項 目 測 試過程中關面板按鍵響應的中斷 (但測單個項目時響應中斷)。
測 試 中 ，CPU根據 EPROM中的設置依次接通各個項 目，經采樣、變送、
A/D后將值經單片機處理輸出到液晶顯示器上，顯示每秒刷新一次。測試
完畢后保留測試數值，并且液晶顯示器上顯示測試完畢標志，測試中，
顯示屏上能反應所處狀態的信息。
其中用RAM 記錄測試狀態信息.即正在測什么項目，現在的檢測值，己進行時
間等信息，以便萬一單片機受擾或程序有問題看門狗復位后不能完成檢
測，單片機復位完成后，即轉向查詢該信息，恢復被打斷的過程。
4.4.2 SI軟件流程圖
附錄5本設計的程序流程圖， 已經細化到直接調用第二章的單片機平
臺即可完成軟件編制的地步。典型的耐壓測試流程見圖4-9.
4.4.3 SI軟件軟件抗干擾設計
在 理 想 情況下，軟件可以正常執行。但在工業現場環境的干擾下，軟
件的周期性、相關性及實時性受到破壞，程序無法正常執行，導致控制
系統的失控。其主要表現是:破壞了程序的正常運行，程序最后常常進
入一個毫無意義的死循環中，使系統推動相關性和周期性，造成系統資
源被某個任務模塊獨占，使系統發生死鎖;干擾侵入系統的前向通道，
疊加在信號上，導致數據采集誤差加大;RAM數據區受到干擾發生變化，
造成數值誤差、控制失靈、程序狀態及定時器/計數器、串行口等部件的
工作狀態改變;控制狀態失靈等。
本 設 計 中，采用算術平均濾波法數字濾波消除傳感器通道中的干擾信
號:另外監視跟蹤定時器法防止程序跑飛。定時器的定時時間稍大于主
程序正常運行一個循環的時間，在主程序運行過程中執行一次定時器時
間常數刷新操作。這樣，只要程序正常運行，定時器不會出現定時中斷。
而當程序運行失常，不能及時刷新定時器時間常數而導致定時中斷，利
用定時中斷服務程序將系統復位。本設計中是通過對WDG電路的操作實
現。
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項目測試過程中關面板按鍵響應的中斷(但測單個項目時響應中斷)。
測試中，CPU根據E2PROM中的設置依次接通各個項目，經采樣、變送、
A／D后將值經單片機處理輸出到液晶顯示器上，顯示每秒刷新一次。測試
完畢后保留測試數值，并且液晶顯示器上顯示測試完畢標志，測試中，
顯示屏上能反應所處狀態的信息。
其中用RAM記錄測試狀態信息．即正在測什么項目，現在的檢測值，己進行時
間等信息，以便萬一單片機受擾或程序有問題看門狗復位后不能完成檢
測，單片機復位完成后，即轉向查詢該信息，恢復被打斷的過程。
4．4．2 s I軟件流程圖
附錄5本設計的程序流程圖，已經細化到直接調用第二章的單片機平
臺即可完成軟件編制的地步。典型的耐壓測試流程見圖4-9。
4．4．3 sI軟件軟件抗干擾設計
在理想情況下，軟件可以正常執行。但在工業現場環境的干擾下，軟
件的周期性、相關性及實時性受到破壞，程序無法正常執行，導致控制
系統的失控。其主要表現是：破壞了程序的正常運行。程序最后常常進
入一個毫無意義的死循環中，使系統推動相關性和周期性，造成系統資
源被某個任務模塊獨占，使系統發生死鎖；干擾侵入系統的前向通道，
疊加在信號上，導致數據采集誤差加大；RAM數據區受到干擾發生交化，
造成數值誤差、控制失靈、程序狀態及定時器／計數器、串行口等部件的
工作狀態改變；控制狀態失靈等。
本設計中，采用算術平均濾波法數字濾波消除傳感器通道中的干擾信
號：另外監視跟蹤定時器法防止程序跑飛。定時器的定時時間稍大于主
程序正常運行一個循環的時間，在主程序運行過程中執行一次定時器時
間常數刷新操作。這樣，只要程序正常運行，定時器不會出現定時中斷。
而當程序運行失常，不能及時刷新定時器時間常數而導致定時中斷，利
用定時中斷服務程序將系統復位。本設計中是通過對WDG電路的操作實
現。
5 O
第四章sI通用安全組合測試儀的研制
圖4-9 耐壓測試流程
Fi94—9 F10W 0f electri c strength test
5 l
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4.5 本章小結
本 項 目 所開發的儀器是 目前四個安全項 目檢測的體積最小、功能最齊
全的儀器，整機機箱為440 (W) X440 (L) X170 (H)，而且應用大屏幕
液晶顯示器，比艾諾的一次只顯一個項目數據和華儀的電流電壓等分別
用兩塊小屏液晶顯示都有明顯優點。而且用隔離采樣時操作者及設備都
更安全，針對國內外的設備，本儀器在使用上具有以下優點:
1) 操 作 簡便，顯示醒目
采 用 3 20X240點陣式液晶顯示器，一屏不僅可顯示四個項目數據，
而且還顯示儀表所處的工作狀態及進行操作的提示信息，且一次接線后
即可自動完成四個參數測試。
2) 測 試 方式多樣
用 戶 可 以選擇手動、自動及自動循環檢測三種測試方式，手動檢測時
測試的啟/停由用戶控制，而在兩種測試方式下，用戶可設定各項目測試
時間。
3) 操 作 方式多樣
用 戶 不 僅可以直接對儀器面板上的薄膜按鍵進行操作，還可以通過外
接端口進行測試啟/停、是否連續測試及不合格輸出。
4) 人 機 交互功能強，用戶可以按 自己的要求對儀器進行多種設定，
包括測試方式、測試的項目及順序，各項目的測試時間、蜂鳴報替、打
印及越限中斷測試是否有效，自動檢測時的流水號、測試時日期及時間、
測試條件(如接地電阻的25A或10A選擇)、合格限值都可以由用戶自己
設定。
5) 功 能 齊全，配件完備，利于擴展
儀 器 具 有測量，越限報普，短路保護等功能外，尚可以將測試結果打
印出來，預留有通訊參數的設定及通訊接口。
儀 器 配 件中有并口打印機、泄漏負載電源等可選件，便于用戶取舍。
6) 性 能 可靠，抗千擾能力強。
儀 器 設 計中采用了多種抗干擾措施，通過了高頻脈沖干擾實驗，并且
經受了生產現場環境考驗，尚未發現問題。
7) 儀 器 體積小，便于擺放
儀 器 體 積為 440X 1 80X 4 80. '，在同類型儀器中體積很小。
結論
結論
本 論 文 主 要 論述了系列化，成套化開發家電通用安全組合系統及
其網絡遠程監控的過程。系統己經開發完成，通過了基本測試和市場的
檢驗，達到了預定的功能要求，迎合了市場需求，每年可以為公司創造
幾百萬元的經濟效益。
1、 本 系 統具有如下的優點:
先 進 性 通過開發工作，向專利局 申請 了兩項實用新型專利，并且可
以通過網絡遠程監控，進行故障診斷。
儀 器 本 身安全性好 儀器的自身保護功能完善，如采樣部分電流互感
器進行電流采樣、具有軟件及硬件保護各部分功能、模塊電源路路獨立
等措施保證設備的高壓、大電流不會對操作員造成危險.
可 靠 性 儀器經過在工業現場的使用表明，該儀器故障率很低 ，并且
在開發階段通過了電磁兼容的抗干擾實驗，解決了國產安規儀器易受干
擾的問題。
實 用 性 針對國內生產現場實際情況，設備設置簡單，功能全面，界
面友好、易于操作。
設 備 采 用模塊式設計，采用標準機箱，維護簡便。
系 列 化 ，成套化開發，滿足不同客戶的差異性需求，有助于提高該儀
器的市場占有率。
可 以 預 見，隨著進一步的市場開拓和客戶的認同，經濟效益會越來越
好
2、 在 系 統中，我覺得有如下一些地方值得加強改進:
耐 壓 實 驗電壓應該實現程控調節，可以考慮采用兩種技術:一種采用
單片機作為監控中心、數字波形合成技術+線性功率放大器作為測試源;
另一種采用單片機作為監控中心、SPWM(正弦脈寬調制)脈沖發生器+
IGBT(絕緣柵雙極晶體管)脈沖功率放大器作為測試源。如此則可實現耐
壓實驗電壓應該實現程控調節。
華南理工大學工程碩士學位論文
參考文獻
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電工領域技術創新學術交流會論文集.中國香港，2000
在學期間發表論文
攻讀學位期間己發表的學術論文
在學期間己發表(包括己接受待發表)的論文， 以及已投稿、或己
成文打算投稿、或擬成文投稿的論文情況(只填寫與學位論文內容相關
序
號
作者(全
體作者，
按順序排
列)
題目
發表或投稿
刊物名稱、
級別
發表的卷
期、年月、
頁碼
相當于學
位論文的
哪一部分
(章 、節)
被
索
引
收
錄
情
況
1 石光明
PLC在通用安全測
試系統中的應用
電工領域
技術創新
學術交流
會論文集
中國電工
2001年10
月
62---67頁
3.1一3.5
2 石光明
安規測試儀器的電磁
兼容性設計
擬投稿
注:在“發表的卷期、年月、頁碼” 欄:
1如果論文己發表，
2如果論文己被接受
請填寫發表的卷期、年月、頁碼;
填寫將要發表的卷期、年月:
3以上都不是，請據實填寫“已投稿”，“擬投稿”。
不夠請另加頁。
5 5
華南理工大學工程碩士學位論文
致謝
首 先 要 感謝尊敬的羅飛教授，在論文的寫作中，得到了羅教授悉心指
導和認真的審核。羅教授對于論文的內容提出了多處修改意見，在論文
完成之際，謹向羅飛教授表達我最誠摯的謝意。
另 外 ， 還要感謝蘇開才副教授、陳灼明副教授和校外導師周文成教授
級高工對于本人的各種關心與指導。通過各位授課老師的傳道、授業和
解惑，本人才能拓展知識面，并將理論知識用于實踐，開發出符合市場
需要的產品。
同 時 ， 我要感謝我的家人，替本人分擔很多的家庭瑣事，使本人能夠
按時完成學業。論文的完成也是對他們最好的回報。
感 謝 所 有關心我的人!
附錄
附錄
(需要才加)
附錄l：實用新型專利(zL 00 2 39383．2)
附錄2：實用新型專利(zL 00 2 60154．0)
5 7
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附錄3：可查到本項目成果的網址
I·http：／／www．anguil 7．com／cplist／el ec—safe／safely9620integrat
e／ST-2％20SERIES．htⅢ
安規儀器網
地址：清華科技園(珠海)
2．http：llwww．gdjd．org／std．htm
廣東(南海)家電技術創新中心
3．http：／／www．cnapc．org／htmllj ianj ie．him
工業與日用電器行業生產力促進中心
附錄4：論文集封面
5 8
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家電通用安全組合測試系統的研制及其網絡化應用
作者： 石光明
學位授予單位： 華南理工大學
參考文獻(26條)
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24.樊縣圃知識經濟時代的控制系統[期刊論文]-自動化博覽 1998(2)
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相似文獻(10條)
1.期刊論文楊朝楨.李東.石鎮山.王一鳴.Yang Chaozhen.Li Dong.Shi Zhenshan.Wang Yiming 家用電器電氣安全綜合測試技術研究 -儀器儀表標準化與計量2008,""(6)
根據家用和類似用途電器電氣安全性能測試相關標準規定的方法及要求,進行泄漏電流、耐壓強度、接地電阻測試標準分析,在此基礎上,設計了由DSP、測試回路和計算機組成的電氣安全綜合測試系統.系統采用DSP集成高速AD,實現了O-1MHz頻段的AD采樣,真實再現了測試指標的實際波形,使用戶對測試指標有更加全面、直觀的認識.試驗結果表明,系統具有符
合最新測試標準、測試精度高、自動綜合測試等特點.
2.期刊論文蘇曉輝 建筑裝修的電氣安全不容忽視 -中國質量技術監督2005,""(10)
隨著裝修市場需求量的與日俱增和各種檔次裝修隊伍的不斷涌現,就在人們享受著裝修后的喜悅之時,裝修中存在的電氣安全隱患也正悄悄地向人們襲來.近年來,因裝修引起的電氣安全問題所造成的事故頻頻發生,輕則損壞裝修,燒毀家用電器,重則引起火災,造成人民生命、財產的重大損失,然而這一嚴峻形勢并未得到有效地遏制.這主要是由于人們關于電氣
安全方面的知識和意識淡薄,即便想到了要注意,卻也是無所適從.而國家和相關部門尚未就裝修電氣安全方面的設計、施工、驗收以及資質制定有效的規范性操作規程.
3.期刊論文趙蓮清.Zhao Lianqing 家居裝修配電系統安全設計探討 -安全2005,26(4)
家用電器在我國已經深入到人們生活的方方面面.因此,在家居裝修中,用電安全問題不容忽視.本文在分析家居裝修配電系統設計存在誤區的基礎上,提出整體化設計的概念及驗收注意事項.
4.期刊論文曹兆明.董躍家用電器的電氣安全性能在生產流水線上的檢測及其相關標準 -機電設備2006,23(4)
敘述家用電器電氣安全性能檢測的相關國家標準,電氣安全性能檢測若干要求以及在生產流水線上檢測接地電阻、絕緣電阻、電氣強度和泄漏電流的常用步驟和方法.
5.期刊論文蘭嵐.萬偉民基于電子多路控制的電氣安全設計 -家電科技2009,""(15)
隨著輸電線路的電壓等級升高,各種安全裝置都進行了更新和革命,以確保系統的安全.但是在家電設計中,由于已建立的生產體系固定,使得產品的安全設計沒有隨電力系統的升級而加強.本文以家用電器為例,探討多路控制的方式,以增加支路法自動提高安全性能,對于家庭用電安全具有一定的現實意義.本文對家庭電器使用中利用多路控制實現電氣安全的原
理進行了詳細的說明,并給出了具體的電路實現,通過仿真計算驗證了有效性.
6.期刊論文黃琳 淺析在家用電器中應用的傳感器 -家電科技2008,""(7)
現代家用電器的科技含量越來越高,功能越來越完善,控制也越來越智能化.在智能家用電器中,需要對有關的物理量進行檢測,常用到相關的傳感器.下面對常用的幾種傳感器進行簡單的介紹.
7.期刊論文黃琳.錢偉杰.HUANG Lin.QIAN Wei-jie 電源軟線彎曲試驗分析 -環境技術2007,25(2)
彎曲試驗是在家用電器安全檢驗中一個基本的測試項目,本文主要從試驗角度分析彎曲試驗要求和不合格的主要原因.
8.期刊論文艾諾儀器公司市場部 家電生產線安規測試發展新趨勢 -家電科技2009,267(3)
全球金融危機下的2009年,"減員增效、提高品質"成為許多企業苦練內功的必修課.本文從電氣安全性能測試(簡稱"安規測試")的發展趨勢、新需求和新設備角度出發,為家用電器生產線設計與技術改造提供重要參考.
9.期刊論文戴建平.Dai JianPing 對住宅樓總進線漏電保護的分析 -供用電2005,22(6)
首先闡述了住宅樓總進線設置漏電保護器的重要作用,當住宅樓內出現電弧性接地故障時,漏電保護器可以自動切斷供電,有效防止電氣火災的發生,提高安全用電水平.進而從家用電器和線路的泄漏電流入手,引進了負荷計算中同期系數的概念,給出了住宅樓泄漏電流的計算方法,對住宅樓的正常泄漏電流進行了分析計算.最后介紹了如何選擇合適的漏電保護器
,應該依據規范,結合實際,堅持綜合性和可靠性的原則,使住宅樓的漏電保護器能有效發揮作用,確保住宅樓的電氣安全.
10.期刊論文涂國群 淺析家用漏電斷路器的工作原理及應用 -電氣應用2005,24(2)
近年來,由于人們生活水平的不斷提高,大量的家用電器進入普通百姓家庭,人們與電接觸的機會越來越多,用電設備發生故障導致人員觸電傷亡的事件也時有發生.為了人身與設備安全,漏電斷路器作為一項有效的電氣安全技術裝置已經被廣泛使用,并起到了舉足輕重的作用.根據醫學研究,當人體接觸50Hz的交流電、觸電電流在30mA及以下時,可以承受幾分鐘
的時間.這就界定了人體觸電安全電流,為設計和選用漏電保護裝置提供了科學依據.因此,在移動電器、潮濕場所的電器所在的電源支路設置漏電斷路器,是防止間接接觸觸電的有效措施.在國家標準<住宅設計規范>中明確"除空調電源插座外,其他電源插座回路應設置漏電保護裝置".其漏電動作電流為30mA,動作時間為0.1s.
本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y708743.aspx
授權使用：上海海事大學(wflshyxy)，授權號：cd69604f-46f9-4726-b722-9dd401399735
下載時間：2010年8月16日</住宅設計規范>

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