雙自復(fù)位熱斷路器水壺非正常試驗設(shè)備研究探討

葉亦旭 胡哲

【摘要】對帶有雙自復(fù)位熱斷路器水壺的100次非正常測試進(jìn)行介紹，分析了目前采用手工測試的缺點，提出了研究自動化測試設(shè)備的必要性和技術(shù)方案，總結(jié)了研究該設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)和研究成果，并提出技術(shù)改進(jìn)意見，為進(jìn)一步提高水壺該項目測試的規(guī)范性、準(zhǔn)確性提供參考。

【關(guān)鍵詞】雙自復(fù)位熱斷路器水壺;非正常測試;自動測試

1.前言

水壺控制器的發(fā)展經(jīng)歷了從分離式控制器件，如限溫器、自復(fù)位熱保護(hù)器和熱熔體到集成式標(biāo)準(zhǔn)化控制器的發(fā)展過程。而如今，采用雙自復(fù)位熱斷路器作為非正常保護(hù)設(shè)計的水壺已成為一種較成熟的產(chǎn)品，這種保護(hù)設(shè)計的方式正越來越多的被推廣。水壺的安全檢測標(biāo)準(zhǔn)在非正常試驗中，對該結(jié)構(gòu)采用100次倒水試驗來考核，而目前實驗室基本采用手工進(jìn)行該試驗，存在不規(guī)范、效率低下等缺點，本文研究探討一種自動化測試設(shè)備代替手工操作，提高測試的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。

2.研究的目的和意義

雙自復(fù)位熱斷路器是電水壺重要元器件之一，其非正常保護(hù)工作原理為，當(dāng)水壺出現(xiàn)干燒的狀態(tài)下，雙自復(fù)位熱斷路器感溫雙金屬片緊貼發(fā)熱盤，到達(dá)感溫雙金屬片動作溫度時，雙金屬片形變動作，帶動聯(lián)動機(jī)構(gòu)，切斷觸點金屬片，使發(fā)熱盤斷電，逐步冷卻，當(dāng)發(fā)熱盤冷卻到雙自復(fù)位熱斷路器感溫金屬片復(fù)位時，感溫金屬片產(chǎn)生復(fù)位形變，帶動聯(lián)動機(jī)構(gòu)，接通觸點金屬片，重新使發(fā)熱盤得電，通過這樣的循環(huán)，把電水壺發(fā)熱盤控制在一定溫度，避免發(fā)熱盤過熱，從而達(dá)到電水壺非正常保護(hù)的目的。自復(fù)位熱斷路器感溫雙金屬片的圖示，請參考圖1所示。

圖1

國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB4706.19-2008對自復(fù)位熱斷路器動作的可靠性考核做出了明確的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)19.102規(guī)定“帶有2個自復(fù)位熱斷路器的電水壺，將一個熱斷路器短路進(jìn)行工作，器具選擇0.85倍或1.15倍額定輸入功率中較不利者的情況。在另一個熱斷路器動作后的2s時間內(nèi)，在電水壺中注入溫度為15℃士5℃的水。1min后將電水壺中的水倒掉。試驗進(jìn)行100次?！痹囼灪?，還要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定合格性，部分不合格的產(chǎn)品可能會導(dǎo)致水壺殼體燃燒，金屬熔融等危險。

由此可見，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電水壺雙自復(fù)位熱斷路器測試的重要性，但目前進(jìn)行該項測試以手工操作為主，測試的效率不高，帶有一定的隨意性，容易帶來操作的不規(guī)范。為使測試更規(guī)范、準(zhǔn)確，減少人工操作的不確定性，提高測試效率，研究雙自復(fù)位熱斷路器水壺非正常試驗設(shè)備是非常有必要的。

3.研究內(nèi)容和技術(shù)路線

本文擬研究一臺雙自復(fù)位熱斷路器水壺非正常試驗設(shè)備，通過自動化的測試來代替手工測試，研究內(nèi)容主要包括：進(jìn)行試驗次數(shù)、間隔時間的自動設(shè)定;根據(jù)設(shè)定進(jìn)行注入水的自動水溫調(diào)節(jié);具備自動加水功能;具備夾持多種壺體，自動翻轉(zhuǎn)倒水功能;具備接通和操作故障報警功能具有熱電偶采集接口，進(jìn)行部件溫升測量;具備良好的人機(jī)交互界面。

根據(jù)上述的研究內(nèi)容，擬定的技術(shù)路線和采取的技術(shù)方案為：根據(jù)設(shè)備測試樣品的多樣性，采用了可調(diào)節(jié)式的壺體夾持裝置;考慮壺體自動翻轉(zhuǎn)的可靠性，選用氣缸作為動力源，設(shè)計三個行程，壺體提升、平移、翻轉(zhuǎn);測試設(shè)備的核心控制器采用功能完善的可編程控制器，采用LCD觸摸屏作為人機(jī)交互界面，方便試驗數(shù)據(jù)的輸入和試驗結(jié)果的輸出。

4.技術(shù)關(guān)鍵

技術(shù)關(guān)鍵主要包含設(shè)備的硬件設(shè)計以及軟件流程的設(shè)計，下面重點對其進(jìn)行介紹。

硬件部分的設(shè)計主要包括：（1）多用途壺體夾持裝置。設(shè)計一個可調(diào)節(jié)直徑大小的夾具，用于夾持水壺的底座，設(shè)計一個大小快速可調(diào)的壺體夾持夾具，采用搖柄的方式進(jìn)行快速的粗調(diào)，在夾持壺體部分，采用四點式可調(diào)固定桿的方法，進(jìn)行不同外形壺體具體形狀的貼合細(xì)調(diào)。采用氣缸驅(qū)動，完成水壺的提升、平移和翻轉(zhuǎn)倒水，相比采用電動連桿進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，氣缸系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、動作可靠、壽命更長的優(yōu)點。（2）通過PLC、LCD觸摸屏搭建自動測試系統(tǒng)。PLC輸入單元包括：氣缸系統(tǒng)的限位開關(guān);急停按鈕，啟動按鈕輸入;負(fù)載電流檢測。PLC輸出單元包括：氣缸系統(tǒng)動作控制，水壺電源控制，電水壺加水電磁閥控制，報警燈、蜂鳴器控制。考慮到輸入單元和輸出單元的數(shù)量以及PLC性價比，選用三菱FX1S系列中的FX1S-20MT-001，能滿足性能和技術(shù)的要求。LCD觸摸屏選用威綸通的TK6070iH為人機(jī)交互的界面，TK6070iH具有7寸屏，采用電阻式觸控，具有USB2.0和串行接口，方便與電腦的連接調(diào)試以及與PLC的通訊連接，能滿足設(shè)備的需要。軟件的設(shè)計的編程動作依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定流程，簡介如下：設(shè)定試驗的次數(shù)和工作時間—>夾持裝置將空水壺放在底座上—>水壺接通電源—>自復(fù)位熱斷路器動作—>設(shè)備自動加水—>工作一分鐘后，水壺離開底座—>夾持裝置自動翻轉(zhuǎn)倒水—>累計倒水次數(shù)，再重復(fù)循環(huán)過程，期間加入水壺電流信號檢測和注入水溫的檢測。

5.研究成果

研究探討并實踐的研究成果如下：

（1）多用途壺體夾持裝置和自動翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

水壺固定裝置是進(jìn)行水壺測試的第一步，本設(shè)備采用可調(diào)節(jié)式的水壺基座固定裝置，方便不同大小水壺基座的固定。采用多用途壺體夾持裝置，可根據(jù)壺體形狀的不同進(jìn)行夾持。采用電磁閥、氣缸傳感器和氣缸來構(gòu)成壺體自動翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，充分考慮到壺體翻轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）通過PLC、LCD觸摸屏搭建自動測試系統(tǒng)

該測試系統(tǒng)主要分PLC、LCD觸摸屏的硬件系統(tǒng)和PLC程序和觸摸屏的圖形編程的軟件系統(tǒng)。通過軟硬件的結(jié)合，實現(xiàn)了設(shè)備輸入?yún)?shù)的設(shè)定和LCD觸摸屏上動態(tài)顯示測試過程和測試結(jié)果，完成了整個科研課題最為核心的功能。

（3）帶有軟硬件保護(hù)的自動報警系統(tǒng)

考慮到測試過程的安全性，在設(shè)計以及調(diào)試的過程中，不斷加以改進(jìn)安全保護(hù)系統(tǒng)，形成帶有軟硬件保護(hù)的自動報警系統(tǒng)，包括通過短路保護(hù)器、漏電保護(hù)器實現(xiàn)硬件保護(hù)，通過控制器程序的設(shè)定，具有負(fù)載短路、斷路、熱斷路器動作、加熱時間過長等報警功能。

6.技術(shù)改進(jìn)

對本設(shè)備研究的過程后，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備具有技術(shù)改進(jìn)之處：對于水壺的注入水溫依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求增加溫度控制器，并設(shè)定進(jìn)水溫度的上下限，超過限值的水溫，系統(tǒng)將自動報警;增加水壺電流的檢測功能，當(dāng)出現(xiàn)無電流，負(fù)載開路的情況，自動報警;為避免自復(fù)位熱斷路器失效，水壺持續(xù)干燒，在控制器的程序中增加干燒最長時間的設(shè)定，超過該時間，系統(tǒng)自動進(jìn)行熱斷路器異常報警。

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