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智能萬能式斷路器

在線檢測自動化系統(tǒng)淺析

秦勇， 王玉山， 尤俊松， 楊麗杰， 柴微

(沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧沈陽 1 10168)

摘要：分析了智能萬能式斷路器(ACB)在線檢檢測系統(tǒng)的功能，描述了該系統(tǒng)

的硬件結(jié)構(gòu)，并結(jié)合智能ACB保護特性在線檢測進一步剖析了在線檢測自動化系統(tǒng)的

硬件結(jié)構(gòu)。最后，對智能ACB在線檢測的發(fā)展方向提出了獨到的見解。

關(guān)鍵詞：在線檢測；萬能式斷路器；控制系統(tǒng)；執(zhí)行機構(gòu)

中圖分類號：TM 561：TP 278文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1001-5531(2009)05—

0048-03

Analysis of On·Line Automation Detecting System

of Intelligent Air Circuit Breaker

QIN yong，WANG Yushan，YOU Junsong，YANG Lijie，CHAI Wei

(Shenyang SIASUN Robot&Automation Co．，Ltd．，Shenyang 1 10168，China)

Abstract：The functions of on-line detecting system of intelligent air circuit breaker(ACB)were ayalyzed indetail．Its hardware structure Was described．Combined with on-line detecting of protection characteristics of intelligent ACB，its hardware structure was further expounded．Finally，original opinion 011 the development trend of on-line detecting system of intelligent ACB was proposed．

Key words：on-line detecting；air circuit breaker(ACB)；control system；operation mechanism

0 引 言

國內(nèi)低壓電器生產(chǎn)企業(yè)中的領(lǐng)軍者在過去的10年間相繼走過手工作業(yè)為主的生產(chǎn)模式，邁入了自動化制造的全新階段。整個產(chǎn)業(yè)的自動化應(yīng)用程度已經(jīng)達到了前所未有的高度。

作為最早實施自動化生產(chǎn)的萬能式斷路器在線檢測系統(tǒng)，也已由最初的進口設(shè)備、半自動離線設(shè)備為主導(dǎo)，逐步向采用在線檢測技術(shù)的國產(chǎn)自動化裝備轉(zhuǎn)化。國產(chǎn)設(shè)備以其先進的技術(shù)與理念、可靠的性能、定制化的功能、本土優(yōu)勢資源的生產(chǎn)與服務(wù)，獲得了行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的認同。隨著技術(shù)與理念的進步，萬能式斷路器在線檢測系統(tǒng)，目前正在向全自動化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字控制化、節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。

1 在線檢測系統(tǒng)的功能分析

萬能式斷路器在線檢測自動化系統(tǒng)涉及計算機軟件工程、PLC控制技術(shù)、高精度大功率電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、氣動系統(tǒng)控制、伺服電機控制等多個方面。該系統(tǒng)的優(yōu)點是，保證測試精度一致性，提高檢測質(zhì)量、流程的防錯性、工作效率和數(shù)據(jù)追溯能力，改善生產(chǎn)管理。

近年來，萬能式斷路器生產(chǎn)企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品為智能化的第3代產(chǎn)品。萬能式斷路器生產(chǎn)線在線檢測系統(tǒng)的開發(fā)主要集中在智能萬能式斷路器產(chǎn)品在線檢測方面。

智能萬能式斷路器生產(chǎn)過程的檢測主要包括機械操作測試、欠電壓和分勵脫扣器的動作驗證、保護特性測試、介電試驗等。在設(shè)計在線檢測系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮功能需求，使設(shè)備可滿足出廠常規(guī)試驗的項目需求。在線檢測系統(tǒng)的功能設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：

(1)機械操作試驗。無載條件下，對帶儲能操作的斷路器進行在線測試。根據(jù)浴盆曲線理論(Bathtub cun，e，失效率曲線)，大多數(shù)設(shè)備的故障率為時間的函數(shù)，典型故障曲線稱之為浴盆曲線，曲線的形狀呈兩頭高、中間低，具有明顯的階段性，可劃分為3個階段：早期故障期，偶然故障期，嚴(yán)重故障期，如圖l所示。

圖l浴盆曲線不意

由圖可見，失效率隨使用時間的變化分為3個階段。早期失效期(Infant Mortality)：產(chǎn)品在開始使用時，失效率很高，但隨著產(chǎn)品工作時間的增加，失效率迅速降低，該階段失效的原因大多是由于設(shè)計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。為了縮短該階段的時間，產(chǎn)品應(yīng)在投入運行前進行試運轉(zhuǎn)，以便及早發(fā)現(xiàn)、修正和排除故障；或通過試驗進行篩選，剔除不合格品。在線檢測系統(tǒng)在進行機械操作試驗的同時，也關(guān)注智能萬能式斷路器產(chǎn)品的早期失效期。通過客戶參數(shù)化的測試循環(huán)次數(shù)設(shè)定，即可完成試驗篩選功能。

(2)欠電壓脫扣器動作性能測試。通過對脫扣器的動作電壓值的檢測，判定欠電壓脫扣器是否合格。

(3)分勵脫扣器動作性能測試。通過對脫扣器的動作電壓值的檢測，判定欠電壓脫扣器是否合格。

(4)保護特性功能測試。包括長延時保護特性測試、短路短延時保護特性測試、瞬時保護特性測試、接地故障保護測4試。電流輸出值通過反饋回路采樣并記錄。

(5)介電試驗。根據(jù)GB 14048．2的相關(guān)規(guī)定，對產(chǎn)品進行1 s的耐壓性能測試。測試電壓通過儀器記錄。

(6)通信功能。包括PLc控制系統(tǒng)與智能儀器儀表的通信、PLc控制系統(tǒng)與其他PLc問的協(xié)調(diào)控制通信、PLc與計算機的參數(shù)信息流通信、PLc與智能產(chǎn)品問的通信等。通信功能關(guān)系如圖2所示。

2 在線檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在線檢測系統(tǒng)是基于多PLC控制的自動化系統(tǒng)。根據(jù)在線檢測系統(tǒng)完成的功能，每臺PLC負責(zé)一定的測試或試驗功能，測試結(jié)果按照工件的條形碼分別保存，同時，多套PLc協(xié)調(diào)工作共同完成在線檢測功能。當(dāng)萬能式斷路器產(chǎn)品全部測試完成后，就形成了完整的數(shù)據(jù)記錄，可供斷路器制造企業(yè)對售出的產(chǎn)品實現(xiàn)跟蹤查詢。整套控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3在線檢測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

下面以保護特性測試單元為例，分析其硬件結(jié)構(gòu)。保護特性單元用于完成電流短路及過載狀態(tài)下的保護特性試驗，也完成接地故障保護功能測試。單元包括控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和電源系統(tǒng)等。

2．1控制系統(tǒng)與測試電源

保護單元控制系統(tǒng)如圖4所示。

控制系統(tǒng)完成順序控制、參數(shù)傳輸、數(shù)據(jù)采樣、設(shè)備自檢、故障報警等功能。采用指令周期在10 ns級的中型CPU，以及模擬量采樣周期在1MS的輸入模塊，可以滿足保護特性單元對于時序響應(yīng)的需求。

傳統(tǒng)的按鈕、指示燈、指示燈柱與觸摸屏的搭配模式，方便現(xiàn)場操作人員使用。同時，對于性價比良好的5．4英寸屏幕和文本化報警使得顯示區(qū)間內(nèi)可容納更多的信息。

隨著條形碼在產(chǎn)品上的廣泛使用，采用條形碼掃描儀可自動讀取工件，完成工件型號識別、工件工序追蹤、產(chǎn)品管理。

測試電源是保護特性測試模塊的關(guān)鍵設(shè)備，需要采用高精度電流輸出模式，電源應(yīng)自有閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保證在加電過程中，自動適應(yīng)外部和負載的變化。國產(chǎn)電源通常采用伺服控制電源、矩陣式數(shù)字電源、大功率逆變電源等，其中，應(yīng)用大功率數(shù)字式逆變電源是未來的發(fā)展趨勢。

2．2執(zhí)行機構(gòu)

單元機械機構(gòu)包括閱讀條形碼裝置、隔料擋料裝置、定位舉升裝置、二次接線端子加電裝置、主電極加電機構(gòu)及下廢料機構(gòu)等。其中，關(guān)鍵機構(gòu)為主電極和輔助端子自動加電裝置。為適應(yīng)全系列產(chǎn)品不同的外形尺寸，采用伺服驅(qū)動控制機構(gòu)實現(xiàn)定位控制。

由于歷史原因，各企業(yè)當(dāng)前在制的智能脫扣器產(chǎn)品輔助端子的數(shù)量、排列、外觀形狀、距離基座的位置、端子間距等各不相同，甚至同一企業(yè)的不同系列產(chǎn)品也有區(qū)別。為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，需企業(yè)內(nèi)部在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方面做出努力，自動化設(shè)備也應(yīng)具備一定的手段來適應(yīng)現(xiàn)實情況。因此，輔助端子加電機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)考慮柔性化、兼容性。

3 結(jié) 語  

智能萬能式斷路器在線檢測系統(tǒng)是高度自動化的機電設(shè)備。在企業(yè)面臨日益嚴(yán)峻的生存壓力下，完成設(shè)備的升級改造，不失為突破當(dāng)前經(jīng)濟困境的可供探索之路。

最后，簡要分析一下智能萬能式斷路器在線檢測系統(tǒng)在未來的技術(shù)發(fā)展方向：

(1)隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，系統(tǒng)需要在模塊化方向作出努力，以保護既有的投資，同時面向新一代產(chǎn)品。模塊化，意味著系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，應(yīng)對應(yīng)每項測試或試驗，設(shè)計相對獨立的機電部件，再通過可供定義的接口實現(xiàn)連接或更新。

(2)當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)化是自動化設(shè)備的發(fā)展方向，包括兩層含義：一層含義來自于自動化設(shè)備方，各種基于傳統(tǒng)通信介面和以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用，帶寬更高的網(wǎng)絡(luò)也逐漸構(gòu)建；另一層含義來自斷路器產(chǎn)品本身，如基于Modbus TcP／IP的以太網(wǎng)通信單元也正逐步被裝配在智能斷路器產(chǎn)品中。因此，智能萬能式斷路器在線檢測系統(tǒng)必然要進行基于網(wǎng)絡(luò)功能的研發(fā)，以適應(yīng)這一趨勢。

(3)隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保型設(shè)備日益受到設(shè)備制造商和斷路器生產(chǎn)企業(yè)的重視。萬能式斷路器在線檢測系統(tǒng)包含很多大功率電源設(shè)備、連續(xù)傳輸系統(tǒng)、動力提升裝置等。由于斷路器產(chǎn)量的限制，在整個生產(chǎn)過程中，存在較多的等待環(huán)節(jié)，造成無效的能源消耗，因此，如何研發(fā)節(jié)能設(shè)備是設(shè)備制造商需要解決的問題。

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斷路器[s]．2001．

收稿日期：2009-1-25

王玉山(1963一)，男，副研究員，研究方向為生產(chǎn)線自動控制技術(shù)。

尤俊松(197l一)，男，工程師，研究方向為自動化生產(chǎn)線技術(shù)。

楊麗杰(1980一)，男，助理工程師，研究方向為自動控制及軟件工程技術(shù)。

柴微(1976一)，男，助理工程師，研究方向為自動控制技術(shù)。