智能萬(wàn)能式斷路器
在線檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)淺析
秦勇, 王玉山, 尤俊松, 楊麗杰, 柴微
(沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 1 10168)
摘要:分析了智能萬(wàn)能式斷路器(ACB)在線檢檢測(cè)系統(tǒng)的功能,描述了該系統(tǒng)
的硬件結(jié)構(gòu),并結(jié)合智能ACB保護(hù)特性在線檢測(cè)進(jìn)一步剖析了在線檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的
硬件結(jié)構(gòu)。最后,對(duì)智能ACB在線檢測(cè)的發(fā)展方向提出了獨(dú)到的見(jiàn)解。
關(guān)鍵詞:在線檢測(cè);萬(wàn)能式斷路器;控制系統(tǒng);執(zhí)行機(jī)構(gòu)
中圖分類(lèi)號(hào):TM 561:TP 278文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):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(guó)內(nèi)低壓電器生產(chǎn)企業(yè)中的領(lǐng)軍者在過(guò)去的10年間相繼走過(guò)手工作業(yè)為主的生產(chǎn)模式,邁入了自動(dòng)化制造的全新階段。整個(gè)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用程度已經(jīng)達(dá)到了前所未有的高度。
作為最早實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)的萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng),也已由最初的進(jìn)口設(shè)備、半自動(dòng)離線設(shè)備為主導(dǎo),逐步向采用在線檢測(cè)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化裝備轉(zhuǎn)化。國(guó)產(chǎn)設(shè)備以其先進(jìn)的技術(shù)與理念、可靠的性能、定制化的功能、本土優(yōu)勢(shì)資源的生產(chǎn)與服務(wù),獲得了行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)同。隨著技術(shù)與理念的進(jìn)步,萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng),目前正在向全自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字控制化、節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。
1 在線檢測(cè)系統(tǒng)的功能分析
萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)軟件工程、PLC控制技術(shù)、高精度大功率電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、氣動(dòng)系統(tǒng)控制、伺服電機(jī)控制等多個(gè)方面。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是,保證測(cè)試精度一致性,提高檢測(cè)質(zhì)量、流程的防錯(cuò)性、工作效率和數(shù)據(jù)追溯能力,改善生產(chǎn)管理。
近年來(lái),萬(wàn)能式斷路器生產(chǎn)企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品為智能化的第3代產(chǎn)品。萬(wàn)能式斷路器生產(chǎn)線在線檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要集中在智能萬(wàn)能式斷路器產(chǎn)品在線檢測(cè)方面。
智能萬(wàn)能式斷路器生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)主要包括機(jī)械操作測(cè)試、欠電壓和分勵(lì)脫扣器的動(dòng)作驗(yàn)證、保護(hù)特性測(cè)試、介電試驗(yàn)等。在設(shè)計(jì)在線檢測(cè)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)綜合考慮功能需求,使設(shè)備可滿足出廠常規(guī)試驗(yàn)的項(xiàng)目需求。在線檢測(cè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容:
(1)機(jī)械操作試驗(yàn)。無(wú)載條件下,對(duì)帶儲(chǔ)能操作的斷路器進(jìn)行在線測(cè)試。根據(jù)浴盆曲線理論(Bathtub cun,e,失效率曲線),大多數(shù)設(shè)備的故障率為時(shí)間的函數(shù),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(gè)階段:早期故障期,偶然故障期,嚴(yán)重故障期,如圖l所示。
圖l浴盆曲線不意
由圖可見(jiàn),失效率隨使用時(shí)間的變化分為3個(gè)階段。早期失效期(Infant Mortality):產(chǎn)品在開(kāi)始使用時(shí),失效率很高,但隨著產(chǎn)品工作時(shí)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(shè)計(jì)、原材料和制造過(guò)程中的缺陷造成的。為了縮短該階段的時(shí)間,產(chǎn)品應(yīng)在投入運(yùn)行前進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn),以便及早發(fā)現(xiàn)、修正和排除故障;或通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行篩選,剔除不合格品。在線檢測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行機(jī)械操作試驗(yàn)的同時(shí),也關(guān)注智能萬(wàn)能式斷路器產(chǎn)品的早期失效期。通過(guò)客戶參數(shù)化的測(cè)試循環(huán)次數(shù)設(shè)定,即可完成試驗(yàn)篩選功能。
(2)欠電壓脫扣器動(dòng)作性能測(cè)試。通過(guò)對(duì)脫扣器的動(dòng)作電壓值的檢測(cè),判定欠電壓脫扣器是否合格。
(3)分勵(lì)脫扣器動(dòng)作性能測(cè)試。通過(guò)對(duì)脫扣器的動(dòng)作電壓值的檢測(cè),判定欠電壓脫扣器是否合格。
(4)保護(hù)特性功能測(cè)試。包括長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)特性測(cè)試、短路短延時(shí)保護(hù)特性測(cè)試、瞬時(shí)保護(hù)特性測(cè)試、接地故障保護(hù)測(cè)4試。電流輸出值通過(guò)反饋回路采樣并記錄。
(5)介電試驗(yàn)。根據(jù)GB 14048.2的相關(guān)規(guī)定,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行1 s的耐壓性能測(cè)試。測(cè)試電壓通過(guò)儀器記錄。
(6)通信功能。包括PLc控制系統(tǒng)與智能儀器儀表的通信、PLc控制系統(tǒng)與其他PLc問(wèn)的協(xié)調(diào)控制通信、PLc與計(jì)算機(jī)的參數(shù)信息流通信、PLc與智能產(chǎn)品問(wèn)的通信等。通信功能關(guān)系如圖2所示。
2 在線檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
在線檢測(cè)系統(tǒng)是基于多PLC控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。根據(jù)在線檢測(cè)系統(tǒng)完成的功能,每臺(tái)PLC負(fù)責(zé)一定的測(cè)試或試驗(yàn)功能,測(cè)試結(jié)果按照工件的條形碼分別保存,同時(shí),多套PLc協(xié)調(diào)工作共同完成在線檢測(cè)功能。當(dāng)萬(wàn)能式斷路器產(chǎn)品全部測(cè)試完成后,就形成了完整的數(shù)據(jù)記錄,可供斷路器制造企業(yè)對(duì)售出的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)跟蹤查詢。整套控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3在線檢測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
下面以保護(hù)特性測(cè)試單元為例,分析其硬件結(jié)構(gòu)。保護(hù)特性單元用于完成電流短路及過(guò)載狀態(tài)下的保護(hù)特性試驗(yàn),也完成接地故障保護(hù)功能測(cè)試。單元包括控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電源系統(tǒng)等。
2.1控制系統(tǒng)與測(cè)試電源
保護(hù)單元控制系統(tǒng)如圖4所示。
控制系統(tǒng)完成順序控制、參數(shù)傳輸、數(shù)據(jù)采樣、設(shè)備自檢、故障報(bào)警等功能。采用指令周期在10 ns級(jí)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(hù)特性單元對(duì)于時(shí)序響應(yīng)的需求。
傳統(tǒng)的按鈕、指示燈、指示燈柱與觸摸屏的搭配模式,方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用。同時(shí),對(duì)于性價(jià)比良好的5.4英寸屏幕和文本化報(bào)警使得顯示區(qū)間內(nèi)可容納更多的信息。
隨著條形碼在產(chǎn)品上的廣泛使用,采用條形碼掃描儀可自動(dòng)讀取工件,完成工件型號(hào)識(shí)別、工件工序追蹤、產(chǎn)品管理。
測(cè)試電源是保護(hù)特性測(cè)試模塊的關(guān)鍵設(shè)備,需要采用高精度電流輸出模式,電源應(yīng)自有閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),以保證在加電過(guò)程中,自動(dòng)適應(yīng)外部和負(fù)載的變化。國(guó)產(chǎn)電源通常采用伺服控制電源、矩陣式數(shù)字電源、大功率逆變電源等,其中,應(yīng)用大功率數(shù)字式逆變電源是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)
單元機(jī)械機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)及下廢料機(jī)構(gòu)等。其中,關(guān)鍵機(jī)構(gòu)為主電極和輔助端子自動(dòng)加電裝置。為適應(yīng)全系列產(chǎn)品不同的外形尺寸,采用伺服驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位控制。
由于歷史原因,各企業(yè)當(dāng)前在制的智能脫扣器產(chǎn)品輔助端子的數(shù)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(yè)的不同系列產(chǎn)品也有區(qū)別。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),需企業(yè)內(nèi)部在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方面做出努力,自動(dòng)化設(shè)備也應(yīng)具備一定的手段來(lái)適應(yīng)現(xiàn)實(shí)情況。因此,輔助端子加電機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮柔性化、兼容性。
3 結(jié) 語(yǔ)
智能萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng)是高度自動(dòng)化的機(jī)電設(shè)備。在企業(yè)面臨日益嚴(yán)峻的生存壓力下,完成設(shè)備的升級(jí)改造,不失為突破當(dāng)前經(jīng)濟(jì)困境的可供探索之路。
最后,簡(jiǎn)要分析一下智能萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng)在未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向:
(1)隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代,系統(tǒng)需要在模塊化方向作出努力,以保護(hù)既有的投資,同時(shí)面向新一代產(chǎn)品。模塊化,意味著系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,應(yīng)對(duì)應(yīng)每項(xiàng)測(cè)試或試驗(yàn),設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立的機(jī)電部件,再通過(guò)可供定義的接口實(shí)現(xiàn)連接或更新。
(2)當(dāng)前,網(wǎng)絡(luò)化是自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展方向,包括兩層含義:一層含義來(lái)自于自動(dòng)化設(shè)備方,各種基于傳統(tǒng)通信介面和以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用,帶寬更高的網(wǎng)絡(luò)也逐漸構(gòu)建;另一層含義來(lái)自斷路器產(chǎn)品本身,如基于Modbus TcP/IP的以太網(wǎng)通信單元也正逐步被裝配在智能斷路器產(chǎn)品中。因此,智能萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng)必然要進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)功能的研發(fā),以適應(yīng)這一趨勢(shì)。
(3)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,節(jié)能環(huán)保型設(shè)備日益受到設(shè)備制造商和斷路器生產(chǎn)企業(yè)的重視。萬(wàn)能式斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng)包含很多大功率電源設(shè)備、連續(xù)傳輸系統(tǒng)、動(dòng)力提升裝置等。由于斷路器產(chǎn)量的限制,在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,存在較多的等待環(huán)節(jié),造成無(wú)效的能源消耗,因此,如何研發(fā)節(jié)能設(shè)備是設(shè)備制造商需要解決的問(wèn)題。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 尹天文,周積剛.低壓電器最新發(fā)展動(dòng)向[J].低壓
電器,2007(1):6—9.
[2] 龍星,我國(guó)低壓電器行業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].
電氣制造,2005(3):1_5.
[3] 王銘,張峰.智能脫扣器的設(shè)計(jì)及其保護(hù)特性的研
究[J].上海電器技術(shù),2005(2):45-46,50.
[4] 牛博,宋政湘,王建華,等.智能電器接入以太網(wǎng)方
式的比較及其接口的開(kāi)發(fā)[J].低壓電器,2007(1):
25.29.
[5] GB 14048.2一-2001低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓
斷路器[s].2001.
收稿日期:2009-1-25
王玉山(1963一),男,副研究員,研究方向?yàn)樯a(chǎn)線自動(dòng)控制技術(shù)。
尤俊松(197l一),男,工程師,研究方向?yàn)樽詣?dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)。
楊麗杰(1980一),男,助理工程師,研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制及軟件工程技術(shù)。
柴微(1976一),男,助理工程師,研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制技術(shù)。