中壓斷路器自動裝配檢測生產線

杜婷婷，王 彥

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，電力需求也迅猛增長。2012年我國全社會用電量達到了49591億千瓦時，同比增長5.5%[1]。根據電力工業發展預測和“十二五”高壓開關行業發展規劃，“十二五”期間，我國發電裝機容量將以每年6000～8000萬k W的速度遞增，到2015年，全國裝機容量將達約14.37億k W，由此計算，“十二五”期間我國對各類、各電壓等級中壓開關需要量分別為：12～40.5kV中壓成套開關設備3601000臺；12～40.5kV中壓斷路器3394000臺。與之相對應，國內中壓開關設備的生產必將向規模化生產、數字化制造的方向發展。受國家政策扶持和行業發展的機遇，國內中壓斷路器生產企業必將從中受益。中壓斷路器裝配檢測設備勢必具有廣闊的市場發展前景。為此，北京機械工業自動化研究所針對中壓開關行業定制開發的中壓斷路器自動裝配檢測生產線，具備柔性可滿足多種產品共線生產，同時具有強大的數據管理和通訊功能，適應企業信息化管理的要求，為中壓開關企業實現產品的升級換代、產能提升和管理提升發揮了重要的作用。

圖1 生產線設備組成與布置圖

1 中壓斷路器自動裝配檢測生產線組成

中壓斷路器自動裝配檢測生產線可采用直線形或回轉形布局，各裝配、檢測工位在線體兩側對稱布置。斷路器放置在工裝板上自動輸送到生產線各工位進行裝配及檢測操作。生產線由積放式輸送線、各裝配檢測工位及輔助工裝、助力起重設備以及產品條形碼管理系統組成。生產線工序流程如下：

工裝板上線 → 斷路器框架上線 → 儲能機構裝配→合分閘半軸裝配→ 主回路裝配 → 二次線安裝 → 機械磨合 → 機械特性測試 → 耐壓試驗 →底盤車裝配 → 觸臂和梅花觸頭安裝 → 封板安裝→ 基于機器視覺的尺寸檢測 → 終檢→ 產品下線→ 工裝板返回

斷路器生產線整線控制層采用PLC控制輸送線及各工位設備的執行動作，上位計算機作為管理軟件的運行平臺，負責完成檢測數據采集、產品數據存儲、數據庫操作、狀態監視等功能，二者通過網絡進行連接。根據用戶需求，生產線的PLC控制系統與數據管理系統可預留接口適應將來擴充生產線以及與ERP系統連接的功能。

圖2 網絡結構圖

2 關鍵設備實施方案簡介

1）自動輸送線：生產線主體為自動化輸送線及工作臺，在各工作臺上設有操作盒及條碼掃描器，操作盒上設置的按鈕與指示燈可實現進、出料控制，并對缺料、裝配錯誤、異常情況及時發出提示信息以便進行處理。輸送線及工作臺由PLC系統集中控制，斷路器及其零部件采用條碼管理，斷路器框架上線時即將其型號參數以條碼形式輸入生產線控制系統，控制系統根據產品型號自動選擇相應的工序流程。

控制系統通過輸送線上設置的傳感器及各工位上的條碼掃描裝置，可實時監測輸送系統與工作臺的運行狀態，跟蹤斷路器的裝配路徑，并可以將運行信息利用網絡上傳至生產線管理系統。

2）全自動機械磨合工位：機械磨合是保證斷路器性能穩定的關鍵工序，由于其操作過程占用時間長，并且會產生強烈噪音，因此采用傳統模式很難提高生產效率。

全自動機械磨合工位是北京機械工業自動化研究所綜合專用電源、自動檢測、自動傳輸等技術，自主研發的全自動工作單元，實現了無人操作，在國內外同類設備領域屬于首創。全自動機械磨合工位由軌道式輸送車、磨合工作臺、磨合控制系統、操作電源以及隔音室組成。在磨合工位的進出位置設置條碼掃描器，在斷路器進出時可讀取產品型號信息，并自動對磨合工位相關參數進行整定。

圖3 全自動機械磨合工位

3）機械特性測試工位：機械特性測試工位配有機械特性測試儀、AC/DC調壓電源、條碼掃描器、機械特性測試工裝以及測試控制系統。機械特性測試選用SA100-3R機械特性測試儀，可自動完成單分、單合操作模式斷路器分合閘速度、時間、同期性、斷口彈跳時間的測試。

4）耐壓試驗工位：耐壓試驗工位由軌道式輸送車、測試臺架、高壓發生器、PLC控制系統、條碼掃描裝置以及防護網組成。在耐壓測試區域的外側設置紅色金屬防護網，防護網與測試中帶高壓電部件間隔距離大于1米，并且輸送車進出防護網的位置鋪設絕緣軌道，隔離防護網上設置的人員進出門與高壓發生器具有連鎖功能，可有效保證高壓測試中人員以及外部生產線設備的安全。

斷路器耐壓試驗項目主要包括以下內容：

合閘狀態下，對地耐壓，A相、B相、C相對地；

合閘狀態下，相間耐壓，A、C相對B相，A相對C相；

分閘狀態下，斷口耐壓，A相、B相、C相（上口）對A相、B相、C相（下口）。

測試完成后控制系統將測試結果匯同產品型號、編號信息傳送至生產線管理系統保存。

5）基于機器視覺的尺寸檢測工位

在現代工業自動化生產中，涉及到各種各樣的檢驗、生產監視和零件識別應用，通常這種帶有高度重復性和智能性的工作只能由人眼來完成。然而有些時候，如微小尺寸的精確快速測量，形狀匹配，顏色辨識，用人眼根本無法連續穩定地進行，其他物理量傳感器也難以完成。這時，人們開始考慮用CCD照相機抓取圖像,送入計算機或專用的圖像處理模塊，通過數字化處理，根據像素分布和亮度、顏色等信息,來進行尺寸、形狀、顏色等的判別[2]。

近年來,北京機械工業自動化研究所在機器視覺的應用中取得了很大的進展,應用于包括自動識別、測量與檢驗、機器人指導與控制、材料搬運與分類等多個領域。

斷路器的外型尺寸檢測，以往在國內外一直使用的是模擬配柜檢測方式，該方式只能進行定性的測試，無法得到定量的測試數據，不利于產品的質量管理。

北京機械工業自動化研究所為中壓開關企業定制研發的尺寸檢測工位是綜合機器視覺技術、三坐標測量技術、圖像處理技術的專用檢測設備。設備由工業相機、三坐標運動平臺、精密旋轉臺、以及使用工業PC的視覺圖像處理系統和PLC控制系統組成。尺寸檢測工位將三維坐標定位系統和機器視覺系統精密配合，可自動完成數據的采集、記錄及傳送，實時控制斷路器生產的裝配質量。

檢測內容主要包括：相間距離、含觸頭長度、提門彎板高度及位置。

圖4 基于機器視覺的尺寸檢測工位

3 技術特點

1）自動化：生產線實現了自動傳輸及關鍵設備的自動檢測。

2）智能化：關鍵設備的智能化體現在尺寸檢測工位采用基于機器視覺的檢測設備，實現了斷路器尺寸的自動檢測；采用全自動的磨合單元，實現無人化生產。

3）人性化：控制系統具有人性化的操作界面，詳細的提示信息，并設有多重連鎖保護功能，可有效保證人員、設備、產品的安全。

4）模塊化：生產線采用模塊化的設計，流水線的長度由若干標準段組成，標準段供電通過分線盒，確保獨立設置；同時整線的各測試工位可采用獨立控制方式，也可作為一套具有標準接口的設備接入生產線中，具有很強的可擴展性。

5）信息化：以基于條形碼運行的完全自動的方式實現了斷路器性能檢測及裝配的全部過程，同時可編程控制器、監控計算機、智能檢測儀器等均采用標準的通訊接口，方便組網，滿足企業信息化的要求。

4 結束語

北京機械工業自動化所研制的中壓斷路器自動裝配檢測線的技術先進、兼容性強、性能可靠、操作便捷、自動化程度高。這為中壓開關企業提供了可靠的、高性能及高效率的自動檢測裝備，為斷路器生產企業的大批量的高速生產提供了有利的保證。

[1] 2 0 1 2年我國全社會用電量同比增長5.5% [EB/OL]. [2013-1-14]. h ttp://new s.xinhuane t.com/fortune/2013-01/14/c_114360625.h tm

[2] 朱錚濤,黎紹發.視覺測量技術及其在現代制造業中的應用[J].現代制造工程,2004(4).