真空斷路器工頻耐壓在線自動檢測的設(shè)計

曹慧云，原通文，王富偉

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的發(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到特定地點，然后手工接線進行檢測，這種方式存在著效率低、勞動強度大、高壓危險等缺點。

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，設(shè)計了一條真空斷路器自動生產(chǎn)檢測線。在線自動檢測就是在實際生產(chǎn)條件下，對生產(chǎn)裝配過程中的真空斷路器進行一系列性能測試。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)，靜觸頭對動觸頭間1分鐘42kV工頻耐壓；

3）在分閘狀態(tài)，動觸頭對底盤車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

當斷路器在輸送線上傳送到一次回路耐壓測試工位時，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，平移小車自動移動到隔離安全網(wǎng)內(nèi)的一次回路耐壓測試平臺處，將斷路器連同工裝板放置在測試工作臺上，平移小車由測試工作臺自動退回到接料處，電極轉(zhuǎn)換機構(gòu)將高壓檢測電極與斷路器一次回路緊密連接，然后進行各項耐壓檢測。檢測完畢，電極轉(zhuǎn)換機構(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)留出口被自動送出。

1.2 主要功能

本設(shè)備自動化程度要求較高，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）具有自動和手動控制兩種功能，并能實現(xiàn)二者的自由切換；2）接料、放料位置能夠自動控制且停位準確；3）一次回路、二次回路自動接通，避免了人工接線；

4）實時監(jiān)控產(chǎn)品檢測情況，一旦出現(xiàn)異常，可準確定位故障點；

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)實時上傳到上位機。

2 設(shè)備機械設(shè)計

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、一次回路電極接通機構(gòu)、二次回路自動接通機構(gòu)、高壓隔離防護網(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，接料平臺采用滾筒，一端安裝阻擋裝置，由電機通過滾子鏈驅(qū)動帶鏈輪的滾筒，接送斷路器。接料后，舉升裝置將斷路器頂起，另一電機驅(qū)動小車，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、機械雙重保護作用。

2.2 一次回路電極接通機構(gòu)

產(chǎn)品測試時，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，沿直線軸承運動，實現(xiàn)測試電極與產(chǎn)品電極的接觸。由下行氣缸推動靜觸頭接通電極機構(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 二次回路自動接通機構(gòu)

產(chǎn)品在測試過程中，需要合閘儲能時，由氣缸推動插接機構(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 高壓隔離防護網(wǎng)

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

2.5 設(shè)計中停位準確定位的考慮

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

3 設(shè)備電控設(shè)計

本系統(tǒng)采用日本OMRON公司的CP1H，是一款性價比高、功能完備的通用控制器。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，自帶24點輸入、16點輸出和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的擴展單元。

3.1 控制方式

該檢測設(shè)備具有手動、自動兩種控制方式。其中手動方式，可以通過觸摸屏手動按鈕對各執(zhí)行機構(gòu)（氣缸、電機等）進行單獨控制，以適用于調(diào)整、維修和緊急情況。一般使用自動方式，操作面板上的自動按鈕選擇自動擋，整套設(shè)備由PLC控制，按照前述工作流程進行檢測。PLC控制系統(tǒng)邏輯圖如圖2所示：

3.2 程序設(shè)計思路

本控制系統(tǒng)采用順序控制設(shè)計方法，根據(jù)上述的工作流程，細分為執(zhí)行單一功能的子模塊，按照檢測的時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)，由機械結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的三個極柱的動觸頭短接并與高壓測試儀的高壓輸出端的“+”連接，同時將高壓輸出端的“－”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記錄下此項檢測結(jié)果。

2）產(chǎn)品在分閘狀態(tài)，由機械結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的三個極柱的靜觸頭短接并與高壓測試儀的高壓輸出端的“－”連接，同時將產(chǎn)品的三個極柱的動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記錄下此項檢測結(jié)果。

3）產(chǎn)品在分閘狀態(tài)，由機械結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品的三個極柱的動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記錄下此項檢測結(jié)果。

4）三項檢測完成后，設(shè)備將三項檢測結(jié)果反

3.4 動作互鎖的考慮

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

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

3）動作順序的互鎖，即先后動作互鎖，沒有前面的動作，后續(xù)的動作就無法執(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

當遇到電氣、機械故障或意外情況時，設(shè)備終止當前進行的動作并報警，同時在觸摸屏上顯示故障點，然后進入手動方式進行故障處理。例如：產(chǎn)品、小車不到位報警，檢測電極接通機構(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)計了一條斷路器生產(chǎn)檢測線，其融合了機械、電氣、計算機、自動控制等技術(shù)，其中工頻耐壓檢測使用一套OMRON PLC 進行控制，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)檢測線上的自動上下料和自動檢測。與之前的人工手動接線檢測相比，大大提高了工作效率和可靠性，降低了工人的勞動強度和工作環(huán)境的危險，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，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. 機械設(shè)計手冊, 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)備標準的共用技術(shù)要求, 中國標準出版社, 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.