工業(yè)控制系統(tǒng)的電源測(cè)試是工業(yè)控制系統(tǒng)側(cè)試和應(yīng)用的基礎(chǔ)工作之一，本文從工業(yè)控制系統(tǒng)電源測(cè)試的實(shí)際試驗(yàn)角度出發(fā)，按照測(cè)試電源的基本參數(shù)、功能檢查、環(huán)境適應(yīng)性檢查以及電磁兼容性這4大類(lèi)別來(lái)對(duì)電源進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)其性能指標(biāo)，其中每一類(lèi)別又由電源各部件或整體的性能指標(biāo)和參數(shù)所組成，且一般應(yīng)用于進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試評(píng)價(jià)?！　?br />　　關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng),電源,測(cè)試方法,性能指標(biāo)
　　
　　一、引言
　　
　　無(wú)論是工業(yè)控制系統(tǒng)的制造商還是用戶(hù)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的各部件測(cè)試和檢驗(yàn)性能指標(biāo)都非常重視，這種測(cè)試和檢驗(yàn)評(píng)價(jià)已廣泛應(yīng)用在DCS的驗(yàn)收測(cè)試、維護(hù)試驗(yàn)等工作中。測(cè)試的基礎(chǔ)是必須首先確定能夠綜合反映工業(yè)控制系統(tǒng)性能的指標(biāo)和測(cè)試方法，本文從現(xiàn)場(chǎng)使用zui廣泛以及用戶(hù)zui關(guān)心的測(cè)試應(yīng)用角度出發(fā)，以工業(yè)控制系統(tǒng)的重要組成部分電源為例，對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的電源測(cè)試和性能評(píng)價(jià)進(jìn)行了探討，所使用的測(cè)試方法對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的其他部件測(cè)試也具有示范和借鑒作用。
　　
　　二、測(cè)試工具
　　
　　2.1通常情況下一般性能指標(biāo)測(cè)試需下列工具：
　　
　　萬(wàn)用表
　　
　　電子負(fù)載儀
　　
　　示波器
　　
　　調(diào)壓器
　　
　　耐壓測(cè)試儀
　　
　　兆歐表
　　
　　2.2如果需要對(duì)特殊指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，需使用如下設(shè)備：
　　
　　高低溫實(shí)驗(yàn)室
　　
　　濕溫交變實(shí)驗(yàn)室
　　
　　EMC實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室
　　
　　三、測(cè)試條件
　　
　　3.1一般試驗(yàn)大氣條件
　　
　　溫度：15℃～35℃；
　　
　　相對(duì)濕度：45％～75％；
　　
　　大氣壓力：86kPa～106kPa；
　　
　　zui大溫度變化率：1℃／10min。
　　
　　3.2其他環(huán)境條件：
　　
　　外界磁場(chǎng)：除地磁場(chǎng)外，其他小到可以忽略；
　　
　　機(jī)械振動(dòng)：應(yīng)使機(jī)械振動(dòng)減小到可以忽略不計(jì)；
　　
　　周?chē)諝庵懈g介質(zhì)、易爆物質(zhì)小到可以忽略。
　　
　　3.3交流電源要求交流電壓：
　　
　　220VAC士10％；
　　
　　頻率：50士1Hz。
　　
　　3.4接地要求
　　
　　電源保護(hù)地接大地，接地電阻要求小于4Ω。
　　
　　3.5待測(cè)電源模塊的預(yù)熱
　　
　　電源模塊在接通電源后，應(yīng)按相應(yīng)電源模塊規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱，如沒(méi)有明確需要預(yù)熱的，可不做預(yù)熱處理。
　　
　　四、某款電源的技術(shù)指標(biāo)
　　
　　以此款電源為例，介紹詳細(xì)的測(cè)試方法，技術(shù)指標(biāo)如表1所示。　　
　　五、電源性能測(cè)試
　　
　　5.1輸入電壓范圍測(cè)試　　
　?。╨）按圖1所示連接好設(shè)備，使調(diào)壓器輸出頻率在標(biāo)稱(chēng)頻率上。
　　
　?。?）在輸出滿(mǎn)載的情況下，調(diào)節(jié)電源模塊的輸人交流電壓幅度，從模塊規(guī)定的輸入交流電壓的zui低值（85VAc）調(diào)到zui高值（264VAC），可以測(cè)試此范圍內(nèi)的3到5個(gè)點(diǎn)，觀察輸出電壓幅度，應(yīng)符合模塊規(guī)定的要求，一般要求在士5％范圍內(nèi)。
　　
　?。?）在輸出空載的情況下，調(diào)節(jié)電源模塊的輸人交流電壓幅度，從模塊規(guī)定的輸人交流電壓的zui低值（85VAC）調(diào)到zui高值（264VAC），可以測(cè)試此范圍內(nèi)的3到5個(gè)點(diǎn)，觀察輸出電壓幅度，應(yīng)符合模塊規(guī)定的要求，一般要求在土5％范圍內(nèi)。
　　
　?。?）認(rèn)真觀察每次測(cè)試的結(jié)果并分別作記錄。
　　
　　5.2額定功率測(cè)試
　　
　　調(diào)節(jié)負(fù)載電阻使得待測(cè)電源模塊在額定功率下連續(xù)工作48小時(shí)，在測(cè)試過(guò)程中待測(cè)電源模塊工作正常，恒定輸出額定電壓值，測(cè)量其瞬時(shí)功率，可以通過(guò)公式計(jì)算而得：
　　
　　P=ui（輸出端的瞬時(shí)電壓與瞬時(shí)電流的乘積）
　　
　　5.3輸出紋波的測(cè)試
　　
　　（l）按照設(shè)計(jì)指標(biāo)，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻使得待測(cè)電源工作在額定功率下至少1小時(shí)。
　　
　　（2）在輸出電壓正常的前提下，用示波器（示波器設(shè)置在交流擋；頻帶寬度BW=DC～25MHz）觀察電源紋波，具體接線(xiàn)要求如圖2所示，示波器顯示的波形zui大峰一峰值即為該電源的紋波值。做此項(xiàng)測(cè)試時(shí)，觀察時(shí)間至少大于lmin。


　　
　　5.4負(fù)載調(diào)整率的測(cè)試
　　
　?。╨）按圖1連接設(shè)備，調(diào)節(jié)使電源模塊處于額定功率狀態(tài)，經(jīng)規(guī)定的預(yù)熱時(shí)間后記錄輸出電壓初始值Vo。
　　
　?。?）將輸人電壓恒定在額定值，調(diào)負(fù)載由產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中規(guī)定的負(fù)載變化zui小值到zui大值變動(dòng)，記錄輸出電壓讀數(shù)Vo，然后逆方向改變負(fù)載并記錄電壓讀數(shù)Vo'每次測(cè)量在1分鐘內(nèi)完成。
　　
　?。?）負(fù)載效應(yīng)計(jì)劃公式：　　
　　（4）取兩組計(jì)算zui大值作為負(fù)載調(diào)整率。
　　
　?。?）如該電源的記錄數(shù)據(jù)如下：
　　
　　輸人電源為穩(wěn)定220VAc
　　
　　24.64@0A
　　
　　24.38@0.4A
　　
　　24.326@1A
　　
　　24.299@1.6A
　　
　　24.255@2A
　　
　　5.5電壓調(diào)整率的測(cè)試
　　
　?。╨）調(diào)節(jié)輸出負(fù)載為半載（額定負(fù)載的50%），調(diào)節(jié)電源模塊輸人電壓、頻率標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)量并記錄輸出電壓。
　　
　?。?）調(diào)節(jié)電源模塊的輸人電壓，緩慢增加到zui大值，監(jiān)視輸出電壓值，記錄輸出電壓的變化情況。
　　
　　（3）調(diào)節(jié)電源模塊的輸人電壓，緩慢減小到zui小值，監(jiān)視輸出電壓值，記錄輸出電壓的變化情況。
　　
　?。?）計(jì)算出輸出電壓和額定輸出值的差值，以zui大差值和額定輸出值的百分比記人測(cè)試報(bào)告。
　　
　　（5）如該電源的記錄數(shù)據(jù)如下
　　
　　負(fù)載為50%
　　
　　85@24.314
　　
　　110@24.315
　　
　　140@24.316
　　
　　180@24.317
　　
　　220@24.317
　　
　　240@24.317
　　
　　264@24.318
　　
　　LineR=（Vmax﹣Vmin）/Vnor*
　　
　　5.6階躍負(fù)載特性的測(cè)試
　　
　　按圖l連接設(shè)備，負(fù)載突變到70％負(fù)載。按模塊產(chǎn)品規(guī)格書(shū)的要求變化負(fù)載，從20%用示波器觀察輸出波形。

　　
　　5.7轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試
　　
　　使電源在額定負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行2小時(shí)后，測(cè)量電源的輸人電流、電壓和輸出電流、電壓按照下面的公式計(jì)算轉(zhuǎn)換效率：　　
　　通常情況下，需要測(cè)試空載，20％負(fù)載，50％負(fù)載，80％負(fù)載，滿(mǎn)載的轉(zhuǎn)換效率。
　　
　　5.8N+l并聯(lián)的測(cè)試
　　
　　分別將多臺(tái)同型號(hào)的電源模塊并聯(lián)工作（如圖5所示），連接上并聯(lián)后的額定負(fù)載，分別測(cè)量各電源模塊輸出電流有效值，根據(jù)負(fù)載計(jì)算出平均各路的電流值，比較平均電流值對(duì)比各模塊的電流值，找到zui大的電流差值，可以判斷出各模塊的均流是否正常。　　
　　5.9輸出過(guò)流保護(hù)的測(cè)試
　　
　　按圖1連接設(shè)備，測(cè)試時(shí)可使用電子負(fù)載模擬過(guò)電流狀況，觀察模塊輸出電壓和指示燈狀態(tài)，以此款電源為例，當(dāng)輸出電流超過(guò)額定電流的105％～150％，電源開(kāi)始保護(hù)。消除過(guò)載后，自動(dòng)恢復(fù)正常輸出。試驗(yàn)后模塊各項(xiàng)功能和指標(biāo)應(yīng)仍能符合設(shè)計(jì)的要求。
　　
　　5.10輸出限電壓保護(hù)的測(cè)試
　　
　　按圖6連接設(shè)備，輸出負(fù)載設(shè)定50％負(fù)載，并要針對(duì)限電壓保護(hù)方式的特點(diǎn)，緩慢調(diào)整外激勵(lì)電壓由0加到規(guī)定的動(dòng)作電壓范圍內(nèi)，觀察待測(cè)電源模塊的工作狀態(tài)，看保護(hù)是否動(dòng)作。本測(cè)試電源要求是125％～145％動(dòng)作，也就是當(dāng)外激勵(lì)電壓達(dá)到30V一34.8V時(shí)，保護(hù)開(kāi)始動(dòng)作。　　
　　5.11輸出短路保護(hù)的測(cè)試
　　
　　測(cè)試此項(xiàng)目，需要將輸出端短路，連續(xù)測(cè)試24小時(shí)，觀察待測(cè)電源模塊狀態(tài)。消除短路后，電源自動(dòng)恢復(fù)正常。
　　
　　5.12輸出狀態(tài)檢測(cè)的測(cè)試
　　
　　輸出狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)一般有指示燈和報(bào)警輸出信號(hào)。當(dāng)電源模塊正常工作時(shí)指示燈點(diǎn)亮。報(bào)警輸出信號(hào)通常采用光禍輸出，當(dāng)電源模塊正常工作時(shí)，光耦導(dǎo)通，給出一個(gè)導(dǎo)通信號(hào)?？梢允褂萌f(wàn)用表的二極管檔位進(jìn)行測(cè)量。
　　
　　5.13系統(tǒng)軟啟動(dòng)的測(cè)試
　　
　　測(cè)試此項(xiàng)目時(shí)，需要將輸人電壓調(diào)整為額定電壓，輸出端負(fù)載調(diào)整為額定負(fù)載，使整個(gè)模塊輸出達(dá)到額定功率。用示波器觀察輸出端波形變化的情況，計(jì)算從接通電源后到輸出電壓進(jìn)人合格范圍內(nèi)的時(shí)間。　　
　　5.14工作溫度的測(cè)試
　　
　　按照＋20℃→＋30℃→＋40℃→＋55℃→＋40℃→＋30℃→＋20℃→+l0℃→0℃→＋10℃→＋20℃……的變化順序作至少兩個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)。每檔溫度允許誤差為士2℃，并應(yīng)在每一檔溫度上保持2小時(shí)以上，使模板溫升達(dá)到均勻的熱穩(wěn)定后，測(cè)試在每檔溫度下待測(cè)電源的功能和精度，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足指標(biāo)要求。
　　
　　5.15巧相對(duì)濕度的測(cè)試
　　
　　將待測(cè)電源在一般試驗(yàn)大氣條件下放置24小時(shí)，測(cè)試模板的功能和精度，確認(rèn)其符合指標(biāo)要求。切斷電源使環(huán)境溫度升到＋40℃～士2℃，相對(duì)濕度達(dá)到95％～土3％（無(wú)冷凝），保持至少48小時(shí)，在zui后的4小時(shí)通電，重復(fù)測(cè)試功能和精度并記錄。然后切斷電源，將環(huán)境溫度恢復(fù)到＋20℃～士2℃，相對(duì)濕度達(dá)到60％～士3%，保持24小時(shí)后測(cè)試絕緣電阻值。確認(rèn)絕緣電阻、功能和精度應(yīng)符合要求。
　　
　　5.16絕緣電阻的測(cè)試
　　
　　測(cè)試時(shí)設(shè)備應(yīng)不接通電源而處于非工作狀態(tài)。若有電源開(kāi)關(guān)，則應(yīng)位于接通位置，將輸人端子全部短接，模塊輸出端子全部短接，使用直流兆歐表，分別在輸人端、輸出端、外殼之間施加直流電壓進(jìn)行測(cè)試。直流測(cè)試電壓應(yīng)選擇50OV，施加試驗(yàn)電壓至少10S后進(jìn)行讀數(shù)，絕緣電阻值應(yīng)大于20MΩ。
　　
　　5.17絕緣耐壓的測(cè)試
　　
　　測(cè)試時(shí)設(shè)備應(yīng)不接通電源而處于非工作狀態(tài)。若有電源開(kāi)關(guān)，則應(yīng)位于接通位置，將輸人端子全部短接，輸出端子全部短接，與外殼（或地）之間進(jìn)行測(cè)試，每?jī)烧咧g用耐壓測(cè)試儀加1500VAC，電壓應(yīng)由零逐步上升到規(guī)定值，上升過(guò)程中不允許出現(xiàn)電壓明顯的瞬變。在規(guī)定的電壓值上保持1分鐘，在測(cè)試期間應(yīng)無(wú)擊穿或飛弧現(xiàn)象，漏電流＜lOmA。絕緣強(qiáng)度測(cè)試后，應(yīng)對(duì)模塊能否正常工作進(jìn)行簡(jiǎn)易復(fù)測(cè)，判斷模塊是否有損壞。
　　
　　5.18電磁兼容性的測(cè)試
　　
　　該項(xiàng)試驗(yàn)需在具備專(zhuān)業(yè)電磁環(huán)境測(cè)試條件的試驗(yàn)室進(jìn)行，遵循標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4，等級(jí)為3。試驗(yàn)項(xiàng)目如下：
　　
　　間歇波
　　
　　信號(hào)電壓
　　
　　電壓波動(dòng)
　　
　　電壓突降和中斷
　　
　　浪涌
　　
　　快速瞬變脈沖群
　　
　　振鈴波
　　
　　阻尼振蕩波
　　
　　靜電放電
　　
　　工頻磁場(chǎng)
　　
　　阻尼震蕩磁場(chǎng)
　　
　　輻射電磁場(chǎng)
　　
　　六、結(jié)語(yǔ)
　　
　　工業(yè)控制系統(tǒng)電源測(cè)試和性能評(píng)價(jià)的研究是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)和維護(hù)的基礎(chǔ)工作之一，文章從實(shí)際測(cè)試角度出發(fā)，提出了按照測(cè)試電源的基本參數(shù)、功能檢查、環(huán)境適應(yīng)性檢查以及電磁兼容性這4大類(lèi)別來(lái)測(cè)試電源性能指標(biāo)的方法，并對(duì)各類(lèi)別所包含的主要測(cè)試方法進(jìn)行了闡述，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)得出一個(gè)較為完整的性能測(cè)試的框架。限于篇幅，一些具體的、細(xì)節(jié)性的指標(biāo)和參數(shù)沒(méi)有提及。另外，隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其性能測(cè)試的組成內(nèi)容和選取方法也應(yīng)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行補(bǔ)充和完善。