智能万能式断路器在线检测自动化系统浅析

智能万能式断路器

在线检测自动化系统浅析

秦勇，王玉山，尤俊松，杨丽杰，柴微

(沈阳新松机器人自动化股份有限公司，辽宁沈阳 1 10168)

摘要：分析了智能万能式断路器(ACB)在线检检测系统的功能，描述了该系统

的硬件结构，并结合智能ACB保护特性在线检测进一步剖析了在线检测自动化系统的

硬件结构。最后，对智能ACB在线检测的发展方向提出了独到的见解。

关键词：在线检测；万能式断路器；控制系统；执行机构

中图分类号：TM 561：TP 278文献标识码：B文章编号：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

国内低压电器生产企业中的领军者在过去的10年间相继走过手工作业为主的生产模式，迈入了自动化制造的全新阶段。整个产业的自动化应用程度已经达到了前所未有的高度。

作为最早实施自动化生产的万能式断路器在线检测系统，也已由最初的进口设备、半自动离线设备为主导，逐步向采用在线检测技术的国产自动化装备转化。国产设备以其先进的技术与理念、可靠的性能、定制化的功能、本土优势资源的生产与服务，获得了行业内生产企业的认同。随着技术与理念的进步，万能式断路器在线检测系统，目前正在向全自动化、网络化、信息化、数字控制化、节能环保方向发展。

1 在线检测系统的功能分析

万能式断路器在线检测自动化系统涉及计算机软件工程、PLC控制技术、高精度大功率电源设备、网络信息技术、气动系统控制、伺服电机控制等多个方面。该系统的优点是，保证测试精度一致性，提高检测质量、流程的防错性、工作效率和数据追溯能力，改善生产管理。

近年来，万能式断路器生产企业的主导产品为智能化的第3代产品。万能式断路器生产线在线检测系统的开发主要集中在智能万能式断路器产品在线检测方面。

智能万能式断路器生产过程的检测主要包括机械操作测试、欠电压和分励脱扣器的动作验证、保护特性测试、介电试验等。在设计在线检测系统时，应综合考虑功能需求，使设备可满足出厂常规试验的项目需求。在线检测系统的功能设计主要包括以下内容：

(1)机械操作试验。无载条件下，对带储能操作的断路器进行在线测试。根据浴盆曲线理论(Bathtub cun，e，失效率曲线)，大多数设备的故障率为时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线，曲线的形状呈两头高、中间低，具有明显的阶段性，可划分为3个阶段：早期故障期，偶然故障期，严重故障期，如图l所示。

图l浴盆曲线不意

由图可见，失效率随使用时间的变化分为3个阶段。早期失效期(Infant Mortality)：产品在开始使用时，失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，该阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。为了缩短该阶段的时间，产品应在投入运行前进行试运转，以便及早发现、修正和排除故障；或通过试验进行筛选，剔除不合格品。在线检测系统在进行机械操作试验的同时，也关注智能万能式断路器产品的早期失效期。通过客户参数化的测试循环次数设定，即可完成试验筛选功能。

(2)欠电压脱扣器动作性能测试。通过对脱扣器的动作电压值的检测，判定欠电压脱扣器是否合格。

(3)分励脱扣器动作性能测试。通过对脱扣器的动作电压值的检测，判定欠电压脱扣器是否合格。

(4)保护特性功能测试。包括长延时保护特性测试、短路短延时保护特性测试、瞬时保护特性测试、接地故障保护测4试。电流输出值通过反馈回路采样并记录。

(5)介电试验。根据GB 14048．2的相关规定，对产品进行1 s的耐压性能测试。测试电压通过仪器记录。

(6)通信功能。包括PLc控制系统与智能仪器仪表的通信、PLc控制系统与其他PLc问的协调控制通信、PLc与计算机的参数信息流通信、PLc与智能产品问的通信等。通信功能关系如图2所示。

2 在线检测系统的硬件结构

在线检测系统是基于多PLC控制的自动化系统。根据在线检测系统完成的功能，每台PLC负责一定的测试或试验功能，测试结果按照工件的条形码分别保存，同时，多套PLc协调工作共同完成在线检测功能。当万能式断路器产品全部测试完成后，就形成了完整的数据记录，可供断路器制造企业对售出的产品实现跟踪查询。整套控制系统的硬件结构如图3所示。

图3在线检测控制系统结构

下面以保护特性测试单元为例，分析其硬件结构。保护特性单元用于完成电流短路及过载状态下的保护特性试验，也完成接地故障保护功能测试。单元包括控制系统、执行机构和电源系统等。

2．1控制系统与测试电源

保护单元控制系统如图4所示。

控制系统完成顺序控制、参数传输、数据采样、设备自检、故障报警等功能。采用指令周期在10 ns级的中型CPU，以及模拟量采样周期在1MS的输入模块，可以满足保护特性单元对于时序响应的需求。

传统的按钮、指示灯、指示灯柱与触摸屏的搭配模式，方便现场操作人员使用。同时，对于性价比良好的5．4英寸屏幕和文本化报警使得显示区间内可容纳更多的信息。

随着条形码在产品上的广泛使用，采用条形码扫描仪可自动读取工件，完成工件型号识别、工件工序追踪、产品管理。

测试电源是保护特性测试模块的关键设备，需要采用高精度电流输出模式，电源应自有闭环调节系统，以保证在加电过程中，自动适应外部和负载的变化。国产电源通常采用伺服控制电源、矩阵式数字电源、大功率逆变电源等，其中，应用大功率数字式逆变电源是未来的发展趋势。

2．2执行机构

单元机械机构包括阅读条形码装置、隔料挡料装置、定位举升装置、二次接线端子加电装置、主电极加电机构及下废料机构等。其中，关键机构为主电极和辅助端子自动加电装置。为适应全系列产品不同的外形尺寸，采用伺服驱动控制机构实现定位控制。

由于历史原因，各企业当前在制的智能脱扣器产品辅助端子的数量、排列、外观形状、距离基座的位置、端子间距等各不相同，甚至同一企业的不同系列产品也有区别。为实现自动化生产，需企业内部在统一标准方面做出努力，自动化设备也应具备一定的手段来适应现实情况。因此，辅助端子加电机构的设计应考虑柔性化、兼容性。

3 结语

智能万能式断路器在线检测系统是高度自动化的机电设备。在企业面临日益严峻的生存压力下，完成设备的升级改造，不失为突破当前经济困境的可供探索之路。

最后，简要分析一下智能万能式断路器在线检测系统在未来的技术发展方向：

(1)随着产品的更新换代，系统需要在模块化方向作出努力，以保护既有的投资，同时面向新一代产品。模块化，意味着系统的框架结构发生改变，应对应每项测试或试验，设计相对独立的机电部件，再通过可供定义的接口实现连接或更新。

(2)当前，网络化是自动化设备的发展方向，包括两层含义：一层含义来自于自动化设备方，各种基于传统通信介面和以太网的网络被广泛应用，带宽更高的网络也逐渐构建；另一层含义来自断路器产品本身，如基于Modbus TcP／IP的以太网通信单元也正逐步被装配在智能断路器产品中。因此，智能万能式断路器在线检测系统必然要进行基于网络功能的研发，以适应这一趋势。

(3)随着国民经济的发展，节能环保型设备日益受到设备制造商和断路器生产企业的重视。万能式断路器在线检测系统包含很多大功率电源设备、连续传输系统、动力提升装置等。由于断路器产量的限制，在整个生产过程中，存在较多的等待环节，造成无效的能源消耗，因此，如何研发节能设备是设备制造商需要解决的问题。

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