智能萬能式斷路器在線檢測自動化系統淺析

智能萬能式斷路器

在線檢測自動化系統淺析

秦勇，王玉山，尤俊松，楊麗杰，柴微

(沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧沈陽 1 10168)

摘要：分析了智能萬能式斷路器(ACB)在線檢檢測系統的功能，描述了該系統

的硬件結構，并結合智能ACB保護特性在線檢測進一步剖析了在線檢測自動化系統的

硬件結構。最后，對智能ACB在線檢測的發展方向提出了獨到的見解。

關鍵詞：在線檢測；萬能式斷路器；控制系統；執行機構

中圖分類號：TM 561：TP 278文獻標識碼：B文章編號：1001-5531(2009)05—

0048-03

Analysis of On·Line Automation Detecting System

of Intelligent Air Circuit Breaker

QIN yong，WANG Yushan，YOU Junsong，YANG Lijie，CHAI Wei

(Shenyang SIASUN Robot&Automation Co．，Ltd．，Shenyang 1 10168，China)

Abstract：The functions of on-line detecting system of intelligent air circuit breaker(ACB)were ayalyzed indetail．Its hardware structure Was described．Combined with on-line detecting of protection characteristics of intelligent ACB，its hardware structure was further expounded．Finally，original opinion 011 the development trend of on-line detecting system of intelligent ACB was proposed．

Key words：on-line detecting；air circuit breaker(ACB)；control system；operation mechanism

0 引言

國內低壓電器生產企業中的領軍者在過去的10年間相繼走過手工作業為主的生產模式，邁入了自動化制造的全新階段。整個產業的自動化應用程度已經達到了前所未有的高度。

作為最早實施自動化生產的萬能式斷路器在線檢測系統，也已由最初的進口設備、半自動離線設備為主導，逐步向采用在線檢測技術的國產自動化裝備轉化。國產設備以其先進的技術與理念、可靠的性能、定制化的功能、本土優勢資源的生產與服務，獲得了行業內生產企業的認同。隨著技術與理念的進步，萬能式斷路器在線檢測系統，目前正在向全自動化、網絡化、信息化、數字控制化、節能環保方向發展。

1 在線檢測系統的功能分析

萬能式斷路器在線檢測自動化系統涉及計算機軟件工程、PLC控制技術、高精度大功率電源設備、網絡信息技術、氣動系統控制、伺服電機控制等多個方面。該系統的優點是，保證測試精度一致性，提高檢測質量、流程的防錯性、工作效率和數據追溯能力，改善生產管理。

近年來，萬能式斷路器生產企業的主導產品為智能化的第3代產品。萬能式斷路器生產線在線檢測系統的開發主要集中在智能萬能式斷路器產品在線檢測方面。

智能萬能式斷路器生產過程的檢測主要包括機械操作測試、欠電壓和分勵脫扣器的動作驗證、保護特性測試、介電試驗等。在設計在線檢測系統時，應綜合考慮功能需求，使設備可滿足出廠常規試驗的項目需求。在線檢測系統的功能設計主要包括以下內容：

(1)機械操作試驗。無載條件下，對帶儲能操作的斷路器進行在線測試。根據浴盆曲線理論(Bathtub cun，e，失效率曲線)，大多數設備的故障率為時間的函數，典型故障曲線稱之為浴盆曲線，曲線的形狀呈兩頭高、中間低，具有明顯的階段性，可劃分為3個階段：早期故障期，偶然故障期，嚴重故障期，如圖l所示。

圖l浴盆曲線不意

由圖可見，失效率隨使用時間的變化分為3個階段。早期失效期(Infant Mortality)：產品在開始使用時，失效率很高，但隨著產品工作時間的增加，失效率迅速降低，該階段失效的原因大多是由于設計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。為了縮短該階段的時間，產品應在投入運行前進行試運轉，以便及早發現、修正和排除故障；或通過試驗進行篩選，剔除不合格品。在線檢測系統在進行機械操作試驗的同時，也關注智能萬能式斷路器產品的早期失效期。通過客戶參數化的測試循環次數設定，即可完成試驗篩選功能。

(2)欠電壓脫扣器動作性能測試。通過對脫扣器的動作電壓值的檢測，判定欠電壓脫扣器是否合格。

(3)分勵脫扣器動作性能測試。通過對脫扣器的動作電壓值的檢測，判定欠電壓脫扣器是否合格。

(4)保護特性功能測試。包括長延時保護特性測試、短路短延時保護特性測試、瞬時保護特性測試、接地故障保護測4試。電流輸出值通過反饋回路采樣并記錄。

(5)介電試驗。根據GB 14048．2的相關規定，對產品進行1 s的耐壓性能測試。測試電壓通過儀器記錄。

(6)通信功能。包括PLc控制系統與智能儀器儀表的通信、PLc控制系統與其他PLc問的協調控制通信、PLc與計算機的參數信息流通信、PLc與智能產品問的通信等。通信功能關系如圖2所示。

2 在線檢測系統的硬件結構

在線檢測系統是基于多PLC控制的自動化系統。根據在線檢測系統完成的功能，每臺PLC負責一定的測試或試驗功能，測試結果按照工件的條形碼分別保存，同時，多套PLc協調工作共同完成在線檢測功能。當萬能式斷路器產品全部測試完成后，就形成了完整的數據記錄，可供斷路器制造企業對售出的產品實現跟蹤查詢。整套控制系統的硬件結構如圖3所示。

圖3在線檢測控制系統結構

下面以保護特性測試單元為例，分析其硬件結構。保護特性單元用于完成電流短路及過載狀態下的保護特性試驗，也完成接地故障保護功能測試。單元包括控制系統、執行機構和電源系統等。

2．1控制系統與測試電源

保護單元控制系統如圖4所示。

控制系統完成順序控制、參數傳輸、數據采樣、設備自檢、故障報警等功能。采用指令周期在10 ns級的中型CPU，以及模擬量采樣周期在1MS的輸入模塊，可以滿足保護特性單元對于時序響應的需求。

傳統的按鈕、指示燈、指示燈柱與觸摸屏的搭配模式，方便現場操作人員使用。同時，對于性價比良好的5．4英寸屏幕和文本化報警使得顯示區間內可容納更多的信息。

隨著條形碼在產品上的廣泛使用，采用條形碼掃描儀可自動讀取工件，完成工件型號識別、工件工序追蹤、產品管理。

測試電源是保護特性測試模塊的關鍵設備，需要采用高精度電流輸出模式，電源應自有閉環調節系統，以保證在加電過程中，自動適應外部和負載的變化。國產電源通常采用伺服控制電源、矩陣式數字電源、大功率逆變電源等，其中，應用大功率數字式逆變電源是未來的發展趨勢。

2．2執行機構

單元機械機構包括閱讀條形碼裝置、隔料擋料裝置、定位舉升裝置、二次接線端子加電裝置、主電極加電機構及下廢料機構等。其中，關鍵機構為主電極和輔助端子自動加電裝置。為適應全系列產品不同的外形尺寸，采用伺服驅動控制機構實現定位控制。

由于歷史原因，各企業當前在制的智能脫扣器產品輔助端子的數量、排列、外觀形狀、距離基座的位置、端子間距等各不相同，甚至同一企業的不同系列產品也有區別。為實現自動化生產，需企業內部在統一標準方面做出努力，自動化設備也應具備一定的手段來適應現實情況。因此，輔助端子加電機構的設計應考慮柔性化、兼容性。

3 結語

智能萬能式斷路器在線檢測系統是高度自動化的機電設備。在企業面臨日益嚴峻的生存壓力下，完成設備的升級改造，不失為突破當前經濟困境的可供探索之路。

最后，簡要分析一下智能萬能式斷路器在線檢測系統在未來的技術發展方向：

(1)隨著產品的更新換代，系統需要在模塊化方向作出努力，以保護既有的投資，同時面向新一代產品。模塊化，意味著系統的框架結構發生改變，應對應每項測試或試驗，設計相對獨立的機電部件，再通過可供定義的接口實現連接或更新。

(2)當前，網絡化是自動化設備的發展方向，包括兩層含義：一層含義來自于自動化設備方，各種基于傳統通信介面和以太網的網絡被廣泛應用，帶寬更高的網絡也逐漸構建；另一層含義來自斷路器產品本身，如基于Modbus TcP／IP的以太網通信單元也正逐步被裝配在智能斷路器產品中。因此，智能萬能式斷路器在線檢測系統必然要進行基于網絡功能的研發，以適應這一趨勢。

(3)隨著國民經濟的發展，節能環保型設備日益受到設備制造商和斷路器生產企業的重視。萬能式斷路器在線檢測系統包含很多大功率電源設備、連續傳輸系統、動力提升裝置等。由于斷路器產量的限制，在整個生產過程中，存在較多的等待環節，造成無效的能源消耗，因此，如何研發節能設備是設備制造商需要解決的問題。

【參考文獻】

[1] 尹天文，周積剛．低壓電器最新發展動向[J]．低壓

電器，2007(1)：6—9．

[2] 龍星，我國低壓電器行業現狀及未來發展趨勢[J]．

電氣制造，2005(3)：1_5．

[3] 王銘，張峰．智能脫扣器的設計及其保護特性的研

究[J]．上海電器技術，2005(2)：45-46，50．

[4] 牛博，宋政湘，王建華，等．智能電器接入以太網方

式的比較及其接口的開發[J]．低壓電器，2007(1)：

25．29．

[5] GB 14048．2一-2001低壓開關設備和控制設備低壓