赵志嵩 王少波 甘红胜

摘要本研究采用成熟的PLC+触摸屏的硬件架构，将电阻计、绝缘电阻测试仪、电参数表和热试验箱等试验设备进行整合，制造了一台八通道灯用控制装置检测系统。该系统主要用于GB 19510.1-2009标准第13章所述的绕组耐热试验，同时可用于其他产品中绕组的温升测试。

关键词 灯用控制装置；电感镇流器；绕组耐热试验；PLC；检测系统

Research and Development of a Multi-functioned Automated Test System for Lamp Controlgear

ZHAO Zhi-Song  WANG Shao-Bo  GAN Hong-Sheng

AbstractIn this study, a mature hardware structure -- PLC with touch screen was used to develop an eight channel lamp controlgear test system in which test equipments including ohmmeter, insulation resistance tester, power meter and heating chamber were integrated. This test system is mainly used to run the thermal endurance test for windings described in Clause 13 of GB 19510.1-2009. It can also be used to conduct the thermal test for windings of other products.

Keywords Lamp controlgear; magnetic ballast; thermal endurance test for windings; PLC; test system

灯用控制装置是照明电器产品中十分重要的附件，无论是荧光灯、高强度气体放电灯还是低压卤钨灯、LED模块，都需要配合具备相应功能的控制装置才能正常使用。

灯用控制装置的质量直接关系到灯具的整体性能。众所周知，荧光灯和LED的寿命都比较长，如果控制装置的质量不过关，则很可能在使用期间出现早期失效。另外，更换控制装置总是比替换光源更为复杂和困难。在许多灯具中，控制装置甚至是不可替换的，一旦损坏则整个灯具报废，这样就大大影响了整灯的寿命。灯用控制装置还会对灯具的安全和性能产生重要影响。质量不合格的电感镇流器可能产生过高的表面温度，引起火灾，而性能较差的电子镇流器则可能导致荧光灯阴极过热，进而导致光源过早损坏。鉴于灯用控制装置的重要性，目前已有五类装置列入CCC认证范围。

在灯用控制装置的测试过程中，有不少试验是较为繁琐的，需要耗费检测工程师大量的时间。本项目计划研究一台具备通用性的多功能灯用控制装置检测系统，该系统适用于多个电感镇流器、钨丝灯降压转换器和LED驱动电源等控制装置的测试。对于GB 19510.1标准第13章规定的绕组耐热试验，该系统能够自动计算各个通道的试验时间，自动测量绕组的电阻并换算成绕组温度，试验结束时还能够依次对受试样品进行绝缘电阻测试。试验工程师只需完成接线工作，并在触摸屏上进行设定即可。

1  绕组耐热试验要求

GB 19510.1-2009标准第13章规定了灯用控制装置的绕组耐热试验要求[1]，具体如下：

（1）测试样品数量：首次测试的样品数量为七个。若测试完毕后有两个不合格，则再取七个样品重复试验。

（2）需要测量的参数：镇流器冷/热态电阻值，试验开始前/结束后的灯管电弧电流，试验结束后的镇流器绝缘电阻。

（3）需要计算的参数：镇流器绕组温度，测试周期。其中，镇流器绕组温度的计算公式为常见的铜质绕组/铝质绕组温升计算公式，此处不再赘述。测试周期的计算公式如下：

上述公式中：

L = 镇流器实际测试周期（天）

L0= 3652（天）

S = 依据镇流器类型和绕组绝缘材料确定的常数，默认值为4500。若另有声明，则依据声明的数值。

T = 273+t (K)，其中t是实际测得的镇流器绕组温度。

Tw = 273+tw (K)，其中tw是镇流器的额定绕组温度，一般标识在镇流器表面上。具体测试流程如图1所示。

2  测试系统设计

2.1 系统功能设计

为了尽可能地减少人工操作，提高测试效率，设计本系统自动完成的测试内容或测试步骤为：

（1）自动轮循记录灯管的电弧电流值。

（2） 自动轮循记录镇流器绕组的冷/热态电阻。

（3）自动计算绕组温度。

（4）自动计算试验周期。

（5）根据计算得出的周期，自动控制各路通断的时间。

（6）自动轮循测试镇流器的绝缘电阻。

除了测试功能设计之外，系统也应在样品安装、系统维护、试验观察等方面提供便利。该系统的其他设计如下：

（1）安置光源的支架、隔板等配件应集成在系统设备中，从而减少设备占地面积。

（2）由于绕组耐热试验的时间较长，一般在30天以上，因此光源的燃点状态和镇流器的试验情况应能够随时观察。

（3）系统的各个部件应容易拆卸和组装。

（4）至少拥有七个独立的通道。

2.2 总体架构设计

该测试系统是以PLC作为控制核心部件，触摸屏作为人机交互界面，将带有通讯功能的数字电阻计、绝缘电阻仪以及电加热箱作为配套设备组合而成的集成式系统。该系统的构架设计如图2所示。

图2 测试系统架构

图中，触摸屏作为人机交互界面，将试验人员下达的测试指令传达给PLC。PLC作为整个系统的核心，通过RS232和RS485通讯协议控制数字电阻计和绝缘电阻仪，通过继电器控制电加热箱和光源安置柜中各个线路的通断，同时PLC接收来自数字电阻计、绝缘电阻仪和电参数表传递来的参数，并将这些参数处理后显示在触摸屏上。

2.3 系统硬件选择

在该系统所使用的硬件中，PLC是最为核心的部件，因此选择合适的PLC十分重要。在选择PLC时，需要考虑I/O点数、扫描速度、指令条数等技术指标。根据上述指标进行比较和筛选后，本项目选择了西门子SIMATIC S7-1200（CPU: 1214C）的PLC。该组件的技术规格如表1所示。

表1 SIMATIC S7-1200技术规格

该系统中的热试验箱需具备较大的体积以及缓慢的内部空气对流，以保证灯用控制装置的绕组温度尽可能保持稳定。因此，本项目最终选用了ESPEC公司生产的LC-223型热试验箱，该产品技术规格如表2所示。

表2 LC-223型热试验箱技术规格

本项目中选用的数字电阻计为HIOKI 3541型电阻计，选用的绝缘电阻计型号为HIOKI 3154，选用的电参数表为青智ZW3414B。这些仪器的技术指标均能够满足系统的测试要求。

最终完成的测试系统外观如图3所示。

图3 测试系统外观图

2.4 软件界面设计

一个良好的用户操作界面应具备直观性、引导性和容易操作等特点。由于电感镇流器耐热试验的步骤相对较多，测试过程比较复杂，为了防止检测工程师的误操作，操作界面应具备明显的引导性。本项目中设计的操作界面主要分为三大部分，分别为初始设定界面、主操作界面和通道详情界面[2]。系统的初始界面如图4所示。

图4 系统初始操作界面

系统的初始界面主要用于试验基本参数的设定。界面的左半部分可选择本次需要使用的通道。荧光灯电感镇流器的测试需要使用七个通道，其他绕组类产品的测试可根据相关标准中的要求进行选择。将不需要使用的通道关闭，可以提高系统的安全性，进一步减少触电等意外事故，另外可以延长系统的使用寿命。

初始界面的右半部分用于设置检测任务号、绕组材质、镇流器tw值、绕组常数S和预设试验周期。为了方便测试人员，“绕组材质”一栏采用下拉式菜单，可选择铜质绕组或铝制绕组。当全部参数设置完毕后，点击“确认开始新试验”即可进入系统主界面，如图5所示。

图5 系统主操作界面

系统主界面分为三部分，左半部分为试验参数和状态显示，该区域不能点击也不能修改，仅供操作人员核查。中间部分依次列出了各个试验步骤，操作人员只需按顺序进行点击，并根据提示框的要求进行操作即可。为了提升系统的灵活性，不按顺序进行点击也是允许的。例如，进行LED控制装置测试时不需要进行初始电流测量，该步骤便可跳过。主界面的右半部分为各个通道最近一次测得的绕组温度和剩余试验时间，不能修改，但各个显示框可以进行点击，点击后将进入相应通道的详细数据显示界面，如图6所示。

图6 通道详情显示界面

在通道详情显示界面中，该通道内的被试镇流器在试验全过程中的重要参数全部予以显示。这种显示方式能够提高检测人员填写原始记录的效率。

3  总结

该系统具备较高的自动化程度，其中自动计算测试周期和轮循测试绝缘电阻的功能在同类设备中尚未发现，具有一定的新颖性。根据中科院查新结果，该系统达到了国际先进水平。

图1 绕组耐热试验流程图

参考文献

[1] 国家标准.GB 19510.1-2009. 灯的控制装置 第1部分：一般要求和安全要求[S]. 2009.

[2] 西门子（中国）有限公司. 深入浅出西门子人机界面[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2009:35-65.