真空斷路器工頻耐壓在線自動檢測的設計

曹慧云，原通文，王富偉

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著國民經濟的發展和人民物質文化生活水平的不斷提高，人們對電力的需求量愈來愈大，促使電力事業迅速發展，電網不斷擴大，致使真空斷路器的需求越來越大。目前，我國生產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。

針對真空斷路器結構復雜、沉重，制造、裝配工藝要求高這些特點，設計了一條真空斷路器自動生產檢測線。在線自動檢測就是在實際生產條件下，對生產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檢測線中的工頻耐壓的檢測設備。

在線檢測，要求檢測全部自動化，節拍與整線協調一致，且檢測安全、可靠。

耐壓測試項目：

1）在合閘狀態，斷路器整體對底盤車1分鐘42kV工頻耐壓；

2）在分閘狀態，靜觸頭對動觸頭間1分鐘42kV工頻耐壓；

3）在分閘狀態，動觸頭對底盤車1分鐘42kV工頻耐壓。

1 設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內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，電極轉換機構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，電極轉換機構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，如產品測試合格，則繼續流向下一工位；不合格的產品，將在預留出口被自動送出。

1.2 主要功能

本設備自動化程度要求較高，測試的產品型號多，工作流程也比較復雜。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）實時監控產品檢測情況，一旦出現異常，可準確定位故障點；

5）具有急停和復位功能；

6）安全性和可靠性高；

7）檢測結果數據通過專用網絡實時上傳到上位機。

2 設備機械設計

本檢測設備主要由平移小車、絕緣導軌、工頻耐壓測試臺、一次回路電極接通機構、二次回路自動接通機構、高壓隔離防護網等構成，如圖1所示。

2.1 平移小車

原位設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軌，在原位、檢測位兩端安裝行程限位開關和緩沖塊，起到電控、機械雙重保護作用。

2.2 一次回路電極接通機構

產品測試時，需接通一次回路以測試產品的耐壓性能。接通電極在氣缸的作用下，沿直線軸承運動，實現測試電極與產品電極的接觸。由下行氣缸推動靜觸頭接通電極機構，以適應多種規格的產品，保證通電電極間安全間隔距離。

圖1 耐壓檢測設備結構圖

2.3 二次回路自動接通機構

產品在測試過程中，需要合閘儲能時，由氣缸推動插接機構，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，接通電氣回路。

2.4 高壓隔離防護網

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

2.5 設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到第一個傳感器，此時利用變頻器使電機減速，當感應到第二個傳感器時電機制動，小車停止確保產品上料的準確性。小車返回時相同。

3 設備電控設計

本系統采用日本OMRON公司的CP1H，是一款性價比高、功能完備的通用控制器。其特點是結構緊湊，自帶24點輸入、16點輸出和4路模擬量輸入。集成了開關量控制、模擬量控制、高速計數、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，沒有通常的外設接口，取而代之的是USB端口。支持 hostlink、nt link、 compobus/s、devicenet、 profibus-dp、controllerlink、 ethernet、 協議宏、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行機構（氣缸、電機等）進行單獨控制，以適用于調整、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，整套設備由PLC控制，按照前述工作流程進行檢測。PLC控制系統邏輯圖如圖2所示：

3.2 程序設計思路

本控制系統采用順序控制設計方法，根據上述的工作流程，細分為執行單一功能的子模塊，按照檢測的時間順序和相互邏輯關系，主程序將依次調用子模塊。

程序流程圖如圖3所示。

圖2 PLC控制系統邏輯圖

圖3 主程序流程圖

3.3 耐壓測試說明

1）產品在合閘狀態，由機械結構將產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果（合格/不合格）回饋PLC，PLC記錄下此項檢測結果。

2）產品在分閘狀態，由機械結構將產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果（合格/不合格）回饋PLC，PLC記錄下此項檢測結果。

3）產品在分閘狀態，由機械結構將產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果（合格/不合格）回饋PLC，PLC記錄下此項檢測結果。

4）三項檢測完成后，設備將三項檢測結果反

3.4 動作互鎖的考慮

1）本系統所涉及的電機正、反轉控制，均需互鎖保護。

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

3）動作順序的互鎖，即先后動作互鎖，沒有前面的動作，后續的動作就無法執行。本系統中，小車不回到原位，輸送線的產品就不可以放行。

3.5 故障應急處理

當遇到電氣、機械故障或意外情況時，設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：產品、小車不到位報警，檢測電極接通機構故障，以及其他意外情況。

4 結束語

針對國內真空斷路器生產迅猛發展現狀，設計了一條斷路器生產檢測線，其融合了機械、電氣、計算機、自動控制等技術，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品型號，能夠實現斷路器在生產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境的危險，從而降低了企業的生產成本。本檢測線已在國內斷路器生產廠家成功應用，基于其工作特點，它的應用前景也將非常廣泛，類似的生產廠家均可適用。

[1] 成大先. 機械設計手冊, 化學工業出版社, 2006.

[2] 國家質量技術監督局, GB/T 11022-1999高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求, 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.