曹慧云，原通文，王富偉

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對電力的需求量愈來愈大，促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，致使真空斷路器的需求越來越大。目前，我國生產(chǎn)真空斷路器的廠家較多，品種也比較繁雜，但真空斷路器工頻耐壓的檢測主要還是人工將斷路器運(yùn)到特定地點(diǎn)，然后手工接線進(jìn)行檢測，這種方式存在著效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、高壓危險(xiǎn)等缺點(diǎn)。

針對真空斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、沉重，制造、裝配工藝要求高這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一條真空斷路器自動(dòng)生產(chǎn)檢測線。在線自動(dòng)檢測就是在實(shí)際生產(chǎn)條件下，對生產(chǎn)裝配過程中的真空斷路器進(jìn)行一系列性能測試。本文主要介紹了生產(chǎn)檢測線中的工頻耐壓的檢測設(shè)備。

在線檢測，要求檢測全部自動(dòng)化，節(jié)拍與整線協(xié)調(diào)一致，且檢測安全、可靠。

耐壓測試項(xiàng)目：

1）在合閘狀態(tài)，斷路器整體對底盤車1分鐘42kV工頻耐壓；

2）在分閘狀態(tài)，靜觸頭對動(dòng)觸頭間1分鐘42kV工頻耐壓；

3）在分閘狀態(tài)，動(dòng)觸頭對底盤車1分鐘42kV工頻耐壓。

1 設(shè)備的工作流程及主要功能

1.1 工作流程

當(dāng)斷路器在輸送線上傳送到一次回路耐壓測試工位時(shí)，由停止在輸送線斷開處的平移小車接料，小車上的工位阻擋器進(jìn)行緩沖減速并擋停，小車上的頂升平移裝置將斷路器與工裝板頂起后，平移小車自動(dòng)移動(dòng)到隔離安全網(wǎng)內(nèi)的一次回路耐壓測試平臺(tái)處，將斷路器連同工裝板放置在測試工作臺(tái)上，平移小車由測試工作臺(tái)自動(dòng)退回到接料處，電極轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將高壓檢測電極與斷路器一次回路緊密連接，然后進(jìn)行各項(xiàng)耐壓檢測。檢測完畢，電極轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將高壓測試電極與斷路器一次回路斷開。平移小車將斷路器運(yùn)回主輸送線，如產(chǎn)品測試合格，則繼續(xù)流向下一工位；不合格的產(chǎn)品，將在預(yù)留出口被自動(dòng)送出。

1.2 主要功能

本設(shè)備自動(dòng)化程度要求較高，測試的產(chǎn)品型號多，工作流程也比較復(fù)雜。主要功能如下：

1）具有自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種功能，并能實(shí)現(xiàn)二者的自由切換；2）接料、放料位置能夠自動(dòng)控制且停位準(zhǔn)確；3）一次回路、二次回路自動(dòng)接通，避免了人工接線；

4）實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)品檢測情況，一旦出現(xiàn)異常，可準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)；

5）具有急停和復(fù)位功能；

6）安全性和可靠性高；

7）檢測結(jié)果數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳到上位機(jī)。

2 設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)

本檢測設(shè)備主要由平移小車、絕緣導(dǎo)軌、工頻耐壓測試臺(tái)、一次回路電極接通機(jī)構(gòu)、二次回路自動(dòng)接通機(jī)構(gòu)、高壓隔離防護(hù)網(wǎng)等構(gòu)成，如圖1所示。

2.1 平移小車

原位設(shè)在與主輸送線同一中心線上，接料平臺(tái)采用滾筒，一端安裝阻擋裝置，由電機(jī)通過滾子鏈驅(qū)動(dòng)帶鏈輪的滾筒，接送斷路器。接料后，舉升裝置將斷路器頂起，另一電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車，將斷路器從主線移送到耐壓測試位。為防止小車意外沖出導(dǎo)軌，在原位、檢測位兩端安裝行程限位開關(guān)和緩沖塊，起到電控、機(jī)械雙重保護(hù)作用。

2.2 一次回路電極接通機(jī)構(gòu)

產(chǎn)品測試時(shí)，需接通一次回路以測試產(chǎn)品的耐壓性能。接通電極在氣缸的作用下，沿直線軸承運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測試電極與產(chǎn)品電極的接觸。由下行氣缸推動(dòng)靜觸頭接通電極機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)多種規(guī)格的產(chǎn)品，保證通電電極間安全間隔距離。

圖1 耐壓檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.3 二次回路自動(dòng)接通機(jī)構(gòu)

產(chǎn)品在測試過程中，需要合閘儲(chǔ)能時(shí)，由氣缸推動(dòng)插接機(jī)構(gòu)，使插頭對正工裝板上的二次回路插座，插入氣缸將二次回路接頭插入工裝板上的插座內(nèi)，接通電氣回路。

2.4 高壓隔離防護(hù)網(wǎng)

工頻耐壓測試工位周圍設(shè)置2米高的隔離防護(hù)網(wǎng)。隔離室靠近輸送線一側(cè)設(shè)置自動(dòng)平移門，用于產(chǎn)品進(jìn)出。為便于操作人員進(jìn)出隔離室進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，在隔離室另一側(cè)設(shè)置裝有帶安全鎖的進(jìn)出門，只有當(dāng)安全鎖鎖上時(shí)高壓發(fā)生器才能啟動(dòng)工作，當(dāng)門打開時(shí)高壓發(fā)生器不能啟動(dòng)，可防止檢修進(jìn)出門被意外開啟。

2.5 設(shè)計(jì)中停位準(zhǔn)確定位的考慮

斷路器在主輸送線處接料，在檢測平臺(tái)放料，在不增加定位機(jī)構(gòu)的情況下，就要求平移小車停位準(zhǔn)確。由于平移小車運(yùn)送的斷路器重量較大，由于慣性的作用很難保證位置的準(zhǔn)確。在本設(shè)計(jì)中利用變頻器控制電機(jī)減速停止，在接料和放料兩個(gè)位置各安裝兩個(gè)位置傳感器，且兩個(gè)位置傳感器分開一定距離，當(dāng)小車送料到位時(shí)首先感應(yīng)到第一個(gè)傳感器，此時(shí)利用變頻器使電機(jī)減速，當(dāng)感應(yīng)到第二個(gè)傳感器時(shí)電機(jī)制動(dòng)，小車停止確保產(chǎn)品上料的準(zhǔn)確性。小車返回時(shí)相同。

3 設(shè)備電控設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用日本OMRON公司的CP1H，是一款性價(jià)比高、功能完備的通用控制器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，自帶24點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出和4路模擬量輸入。集成了開關(guān)量控制、模擬量控制、高速計(jì)數(shù)、4軸高速脈沖輸出、串行通信等功能于一身，CP1H指令豐富，采用任務(wù)編程方式，并支持功能塊編程方法使編程更加清楚、簡便。CP1H取消了手持編程器配置，沒有通常的外設(shè)接口，取而代之的是USB端口。支持 hostlink、nt link、 compobus/s、devicenet、 profibus-dp、controllerlink、 ethernet、 協(xié)議宏、modbus-rtu 等多種通訊方式及串行plc連接功能；支持cpm和cj1系列plc的擴(kuò)展單元。

3.1 控制方式

該檢測設(shè)備具有手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式。其中手動(dòng)方式，可以通過觸摸屏手動(dòng)按鈕對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣缸、電機(jī)等）進(jìn)行單獨(dú)控制，以適用于調(diào)整、維修和緊急情況。一般使用自動(dòng)方式，操作面板上的自動(dòng)按鈕選擇自動(dòng)擋，整套設(shè)備由PLC控制，按照前述工作流程進(jìn)行檢測。PLC控制系統(tǒng)邏輯圖如圖2所示：

3.2 程序設(shè)計(jì)思路

本控制系統(tǒng)采用順序控制設(shè)計(jì)方法，根據(jù)上述的工作流程，細(xì)分為執(zhí)行單一功能的子模塊，按照檢測的時(shí)間順序和相互邏輯關(guān)系，主程序?qū)⒁来握{(diào)用子模塊。

程序流程圖如圖3所示。

圖2 PLC控制系統(tǒng)邏輯圖

圖3 主程序流程圖

3.3 耐壓測試說明

1）產(chǎn)品在合閘狀態(tài)，由機(jī)械結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的三個(gè)極柱的動(dòng)觸頭短接并與高壓測試儀的高壓輸出端的“+”連接，同時(shí)將高壓輸出端的“－”與產(chǎn)品的底板（底盤車）連接后，PLC通知高壓測試儀開始測試，高壓測試儀輸出1分鐘的測試電壓，本項(xiàng)測試完成后，高壓測試儀將測試結(jié)果（合格/不合格）回饋PLC，PLC記錄下此項(xiàng)檢測結(jié)果。

2）產(chǎn)品在分閘狀態(tài)，由機(jī)械結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的三個(gè)極柱的靜觸頭短接并與高壓測試儀的高壓輸出端的“－”連接，同時(shí)將產(chǎn)品的三個(gè)極柱的動(dòng)觸頭短接并與高壓測試儀的高壓輸出端的“+”連接后，PLC通知高壓測試儀開始測試，高壓測試儀輸出1分鐘的測試電壓，本項(xiàng)測試完成后，高壓測試儀將測試結(jié)果（合格/不合格）回饋PLC，PLC記錄下此項(xiàng)檢測結(jié)果。

3）產(chǎn)品在分閘狀態(tài)，由機(jī)械結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的三個(gè)極柱的動(dòng)觸頭短接并與高壓測試儀的高壓輸出端的“+”連接，將高壓輸出端的“-”與產(chǎn)品的底板（底盤車）連接后，PLC通知高壓測試儀開始測試，高壓測試儀輸出1分鐘的測試電壓，本項(xiàng)測試完成后，高壓測試儀將測試結(jié)果（合格/不合格）回饋PLC，PLC記錄下此項(xiàng)檢測結(jié)果。

4）三項(xiàng)檢測完成后，設(shè)備將三項(xiàng)檢測結(jié)果反

3.4 動(dòng)作互鎖的考慮

1）本系統(tǒng)所涉及的電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制，均需互鎖保護(hù)。

2）安全門鎖鎖上和高壓發(fā)生器啟動(dòng)，進(jìn)行互鎖保護(hù)。當(dāng)安全門被打開時(shí)，有紅色報(bào)警燈閃爍提示，高壓發(fā)生器無法啟動(dòng)，只有等安全門被鎖上時(shí)，高壓發(fā)生器才可以工作。

3）動(dòng)作順序的互鎖，即先后動(dòng)作互鎖，沒有前面的動(dòng)作，后續(xù)的動(dòng)作就無法執(zhí)行。本系統(tǒng)中，小車不回到原位，輸送線的產(chǎn)品就不可以放行。

3.5 故障應(yīng)急處理

當(dāng)遇到電氣、機(jī)械故障或意外情況時(shí)，設(shè)備終止當(dāng)前進(jìn)行的動(dòng)作并報(bào)警，同時(shí)在觸摸屏上顯示故障點(diǎn)，然后進(jìn)入手動(dòng)方式進(jìn)行故障處理。例如：產(chǎn)品、小車不到位報(bào)警，檢測電極接通機(jī)構(gòu)故障，以及其他意外情況。

4 結(jié)束語

針對國內(nèi)真空斷路器生產(chǎn)迅猛發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一條斷路器生產(chǎn)檢測線，其融合了機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù)，其中工頻耐壓檢測使用一套OMRON PLC 進(jìn)行控制，并配有weinview的10.4寸彩色觸摸屏，利用條碼掃描裝置直接讀取產(chǎn)品型號，能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器在生產(chǎn)檢測線上的自動(dòng)上下料和自動(dòng)檢測。與之前的人工手動(dòng)接線檢測相比，大大提高了工作效率和可靠性，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作環(huán)境的危險(xiǎn)，從而降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。本檢測線已在國內(nèi)斷路器生產(chǎn)廠家成功應(yīng)用，基于其工作特點(diǎn)，它的應(yīng)用前景也將非常廣泛，類似的生產(chǎn)廠家均可適用。

[1] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊, 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.

[2] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局, GB/T 11022-1999高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求, 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

[3] OMRON-歐姆龍, CP1H 操作手冊(中文)(W450-CN5-02),2009.

[4] OMRON-歐姆龍, CP1H 編程手冊(中文)(W451-CN5-01),2009.