高壓開關(guān)設(shè)備混線裝配自動化產(chǎn)線的設(shè)計

徐志,牛廣軍

(寧夏力成電氣集團有限公司，寧夏 銀川 750002 )

傳統(tǒng)電力裝備制造企業(yè)生產(chǎn)模式中，對高壓成套開關(guān)設(shè)備裝配及檢測基本上是離散的、密集型人工生產(chǎn)模式，尤其是元器件安裝、二次線束敷設(shè)、母排裝配和成品檢測等各工序中，大部分采用手工、人力的作業(yè)設(shè)備及方法，勞動強度大且產(chǎn)品工藝和質(zhì)量的一致性受人員因素影響較大；半產(chǎn)品轉(zhuǎn)序和產(chǎn)品檢驗活動需要人工搬運到指定區(qū)域進行差異化分散作業(yè)，費時費力，生產(chǎn)效率不高，整個生產(chǎn)過程的自動化、信息化水平較低，因此，針對上述目前生產(chǎn)模式的問題，研發(fā)了適用于多規(guī)格高壓開關(guān)設(shè)備混線裝配檢測的自動化產(chǎn)線，相比傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，效率更高，產(chǎn)品品質(zhì)控制能力更強。

1 產(chǎn)線實現(xiàn)方法

1.1 產(chǎn)線布局設(shè)計

產(chǎn)線的整體布局呈“非”字型，如圖1所示，共計13個工步51個工位，兩列工位中間設(shè)置有軌制導車輛(rail guided vehicle,RGV)物流裝置，實現(xiàn)半產(chǎn)品在工步間移動。

圖1 產(chǎn)線整體布局

(1)機器人裝配作業(yè)島。作為首個工步主要實現(xiàn)鈑金柜體的自動組裝，由2個六軸工業(yè)機器人、1個變位工裝和1套積放輸送線單元組成，如圖2所示。正常工作狀態(tài)下其中1個機器人(可自動換吸盤)從積放輸送線上取不同規(guī)格的柜體鈑金件，放到變位工裝上，由另外1個機器人采用視覺掃描系統(tǒng)定位鈑金件螺絲孔位置，并完成80%以上固定孔的拉鉚固定，按照順序23 min完成單臺高壓開關(guān)柜柜體的自動組裝。

圖2 機器人裝配作業(yè)島

(2)機器人補裝工位。采用1臺六軸工業(yè)機器人完成機器人裝配作業(yè)島剩余20%固定孔的拉鉚固定。

(3)可重構(gòu)工裝(人工裝配位)。如圖3所示，用于非標柜體的人工裝配，設(shè)置3個工位，每個工位上設(shè)有“U”字型可移動配置的氣動吸盤組，按照選擇不同規(guī)格的柜體，吸盤組可自動移動定位重構(gòu)，形成裝配用固定工裝。

圖3 可重構(gòu)工裝

(4)互感器/活門組件/接地開關(guān)裝配。用于柜內(nèi)電纜隔室內(nèi)PT/CT、接地開關(guān)及其連鎖裝置的裝配，設(shè)置6個工位和4套氣動助力平衡機械手。

(5)儀表室及二次配線工位。是產(chǎn)線“瓶頸”工步，實現(xiàn)開關(guān)柜儀表室(由儀表室分裝線提前預(yù)制完成測控保護、主令開關(guān)、指示等二次回路配線)與柜體的組合，以及完成互感器、接地開關(guān)、斷路器二次控制線及與儀表室端子排的對接、固定，共設(shè)工位17個，通過車間內(nèi)AGV物流裝置與儀表室分裝線、二次線預(yù)制區(qū)工藝連接。

(6)母排及靜觸頭裝配工位。用于開關(guān)柜一次回路導體裝配、斷路器隔室內(nèi)靜觸頭安裝，以及斷路器與柜體的試裝，設(shè)置5個工位。

(7)門板裝配。開關(guān)柜前后門板及門上部件的裝配。

(8)綜合調(diào)校測試工位。實現(xiàn)開關(guān)柜一般檢查、五防功能調(diào)試、回路電阻測試、機械特性測試、傳動與保護測試等功能性、工藝性綜合調(diào)校檢查，設(shè)置5個工位。

(9)工頻耐壓試驗工位。用于高壓開關(guān)柜例行檢驗-絕緣測試中，1 min工頻耐壓試驗，設(shè)置2個可以移動工位并采用防護欄做安全區(qū)域隔離。正常使用時，移動工位先從RGV物流裝置上接入開關(guān)柜，然后移動到遠離主線體1.5 m以外并自動接地，通過自動工頻耐壓裝置于母線室通入高電壓進行試驗。

(10)產(chǎn)品下線工位。產(chǎn)品下線，與車間內(nèi)AGV物流車自動對接。

(11)RGV物流裝置(見圖4)。按照工藝路線和生產(chǎn)節(jié)拍(自動模式下)或工位呼叫(手動模式下)，實現(xiàn)工位間開關(guān)柜半成品的轉(zhuǎn)運，平均運行速度為0.8 m/s。

圖4 RGV物流裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 產(chǎn)線工藝路線設(shè)計

產(chǎn)線從機器人拼柜作業(yè)島開始到產(chǎn)品下線，設(shè)置13個工步，根據(jù)工作內(nèi)容匹配數(shù)量不等的工位、人員、工裝器具，如圖5所示[1]。設(shè)計自動、手動2種工作模式，整體定員20人，工作節(jié)拍27 min/臺，不同項目不同規(guī)格產(chǎn)品混線生產(chǎn)采用生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)進行管控，各工位設(shè)置掃碼終端、報工/報檢終端，采集產(chǎn)品流轉(zhuǎn)位置。

圖5 產(chǎn)線工藝路線

(1)自動模式。工位通過觸摸終端點擊報工后，MES系統(tǒng)驅(qū)動線頭集控PLC裝置通過無線通訊方式呼叫RGV物流裝置精準定位到報工工位，接入半成品并自動按照MES工藝路線轉(zhuǎn)序送入工位。

(2)手動模式。2個空閑工位通過人工進件/出件信號匹配，匹配成功后按照上述方法移動半成品，不受工藝路線約束。

產(chǎn)線工藝路線還考慮到待料開工(齊套率≥65%)、欠件下線、掃描上料、在線識圖等功能在不同工步的設(shè)置[2]。

2 產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機器人拼柜作業(yè)及其精度控制

采用機器人代替人工拼柜作業(yè)，效率提升1倍以上且產(chǎn)品的工藝精度及其一致性更高。機器人裝配作業(yè)島結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。機器人裝配單元包括機器人本體和移載安裝夾具；變位工裝單元包括旋轉(zhuǎn)臺、九面固定定位工裝臺；機器人主鉚接單元和補鉚單元均包括鉚接機器人基座、鉚接機器人本體和鉚接送釘機，半成品柜體下線及轉(zhuǎn)運單元包括電動滾筒輸送臺、液壓升降臺、柜體翻轉(zhuǎn)機、輸送機構(gòu)和移位穿梭車。其工作狀態(tài)如下：其中1個機器人(可自動換吸盤)從積放輸送單元上取不同規(guī)格的柜體鈑金件，放到鈑金固定定位單元上，由另外1個主鉚接機器人采用視覺掃描系統(tǒng)定位鈑金件螺絲孔位置，并完成固定孔的拉鉚固定，拼裝速度23 min/臺。

2.2 RGV物流裝置動力共享及定位精度控制

實現(xiàn)動力共享可節(jié)省50套左右的電動機和減速機構(gòu)及相關(guān)傳動部件，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。其工作原理為將提供雙向旋轉(zhuǎn)動力的伺服電機設(shè)置在一組絲杠滑塊裝置上，在與產(chǎn)線工位精確定位后且接受到PLC控制指令時，驅(qū)動滑塊向左或向右移動的同時驅(qū)動伺服電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，與工位上的花齒對接，將動力傳遞到工位上，從而帶動滾筒將半產(chǎn)品送到工位上，移載速度0.3 m/s。

實現(xiàn)定位精度±1 mm,其定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示[4]。本設(shè)計通過條形碼測量電路測量實時掃描條形碼，獲得條形碼信息；第二控制器根據(jù)所述條形碼掃描獲得的條形碼信息確定物流裝置的當前位置，對位置信號進行物理地址解析，獲得目標位置，并將上一時刻物流裝置停止的位置作為起始位置；最后，第二控制器根據(jù)起始位置、當期位置和目標位置相對坐標，通過驅(qū)動電路控制所述伺服電機，進而帶動物流裝置移動到目標位置，實現(xiàn)物流裝置在裝配流水線上與固定工位模塊之間精確定位控制，提高了控制精度，使控制精度控制在 1 mm 內(nèi)。

圖6 RGV物流裝置定位系統(tǒng)

2.3 在線自動工頻耐壓試驗裝置

在線工頻耐壓試驗裝置降低了高電壓試驗風險，保障人身安全的同時提升試驗工作效率，結(jié)構(gòu)如圖7所示[5]。使用時，可移動工位先從RGV物流裝置上接入開關(guān)柜，然后關(guān)閉圍欄門移動到遠離主線體1.5 m以外并自動接地，通過操作臺控制工頻試驗變壓器升壓進行試驗，1 min后自動降壓并將試品主動接地，最后方可打開圍欄門。

圖7 工頻耐壓試驗工位

3 產(chǎn)線應(yīng)用效果

多規(guī)格高壓開關(guān)設(shè)備混線裝配檢測的自動化產(chǎn)線設(shè)計完成后，于2018年6月份進行了應(yīng)用，驗證了產(chǎn)線所設(shè)計的功能，并邀請專家對產(chǎn)業(yè)化能力、裝配效率和質(zhì)量、工藝做了評估。驗證結(jié)果表明：產(chǎn)線能夠適應(yīng)3種以上不同規(guī)格高壓開關(guān)設(shè)備混線生產(chǎn)，不需更換或調(diào)整工裝，節(jié)省生產(chǎn)、換型時間25 min/臺(由原來的48 min/臺減少到23 min/臺)；減少作業(yè)人員12人(由原來的班組32人減少到20人)；產(chǎn)品設(shè)計比同類流水線設(shè)計減少電機及減速機構(gòu)50套左右，提升生產(chǎn)效率、品質(zhì)的同時實現(xiàn)了節(jié)能效益的最大化。

4 結(jié) 論

通過設(shè)計和應(yīng)用多規(guī)格高壓開關(guān)設(shè)備混線裝配檢測的自動化產(chǎn)線，改善了傳統(tǒng)配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備的離散、密集型人工作業(yè)的問題，降低了勞動強度且通過機器人等工裝使得產(chǎn)品工藝、質(zhì)量一致性得到保障，提高生產(chǎn)效率同時實現(xiàn)減員、提質(zhì)、節(jié)電效益的最大化，應(yīng)用效果良好。