李春海，伍萍輝，曾 成，陸青峰

（河北工業(yè)大學(xué) 天津 300400）

在低壓配電系統(tǒng)中，塑殼斷路器被廣泛應(yīng)用。在正常條件下，它接通和斷開電路中的空載和負(fù)荷電流，并在線路和設(shè)備過載、短路和欠電壓時(shí)起保護(hù)作用。由此，如果塑殼斷路器出現(xiàn)故障，將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，所以各廠家為了保證出廠產(chǎn)品的可靠性，在生產(chǎn)和出產(chǎn)檢測環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，而塑殼斷路器延時(shí)特性檢測是其中一個的重要環(huán)節(jié)[1]。

目前，在我國多數(shù)開關(guān)廠對塑殼斷路器延時(shí)特性檢測是手工完成，還有少數(shù)的工廠實(shí)現(xiàn)自動化，但自動化水平較低[2]。在手工操作下，操作工人不可能杜絕人為錯誤的產(chǎn)生和保證產(chǎn)品檢驗(yàn)的規(guī)范性，與此同時(shí)，這種方式效率極低，影響了企業(yè)的效益。因此，針對這種問題，塑殼斷路器延時(shí)特性自動檢測系統(tǒng)的開發(fā)具有十分重要的意義。

1 研究目標(biāo)

該系統(tǒng)是杭州之江開關(guān)股份公司的HSW1－125、HSW1－160系列的塑殼斷路器裝配檢測流水線改造項(xiàng)目的一部分，依據(jù) IEC60947－2、GB14048.2等標(biāo)準(zhǔn)[3]，對塑殼斷路器進(jìn)行延時(shí)特性自動檢測，從而提高工作效率和出廠質(zhì)量，主要完成如下測試：

塑殼斷路器通入2～3倍額定電流后，如果在預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)（Tp≤2Min（In≤200 A）或 Tp≤4Min（200 A≤In≤400 A））分?jǐn)?，則為合格，反之則不合格[4]。

2 技術(shù)要求

通過對研究目標(biāo)和生產(chǎn)實(shí)際的分析，制定了如下技術(shù)要求：

1）恒流源由PLC控制，可任意編程，電流準(zhǔn)確度為±2%；

2）根據(jù)環(huán)境溫度的改變，自動調(diào)節(jié)恒流源參數(shù)；

3）延時(shí)檢測單元的生產(chǎn)節(jié)拍大約為70 s/件；

4）整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效能高（520/班），集中控制系統(tǒng)完成生產(chǎn)線所有參數(shù)的監(jiān)控、類型設(shè)置及參數(shù)自動化下載、其它單元故障狀態(tài)的顯示等功能。

3 設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)以PLC為控制核心，通過觸摸屏完成測試參數(shù)的設(shè)置和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控，由機(jī)械部分完成定位和回路的構(gòu)成，最后恒流源輸出所需試驗(yàn)電流，并自動對測試結(jié)果進(jìn)行判斷和產(chǎn)品分類；而工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)完成生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理和顯示、各個單元進(jìn)行監(jiān)控管理等工作。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如2所示。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的基本原理圖可知，系統(tǒng)的硬件部分主要由觸摸屏、PLC、恒流源和機(jī)械等部分組成，其中機(jī)械部分包括定位機(jī)構(gòu)和回路機(jī)構(gòu)兩部分。

1）觸摸屏部分 在該系統(tǒng)中，觸摸屏采用TP170A型號，通過與PLC建立通信，接收和發(fā)送命令。它主要的任務(wù)是完成手動/自動的切換與機(jī)構(gòu)執(zhí)行和試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果和報(bào)警信息，故障后系統(tǒng)復(fù)位等工作。

圖1 系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

2）PLC部分 在該系統(tǒng)中，PLC采用S7-300系列產(chǎn)品，是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用[5]。在系統(tǒng)中，PLC接收觸摸屏的控制命令和控制參數(shù)，控制機(jī)械部分完成塑殼斷路器的定位和回路構(gòu)成，給定恒流源輸出所需的調(diào)節(jié)參數(shù)，并且將采集的實(shí)時(shí)測試數(shù)據(jù)反饋到觸摸屏上，完成塑殼斷路器延時(shí)特性的自動檢測。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the hardware system

3）恒流源部分 在該系統(tǒng)中，恒流源采用一種兩級調(diào)節(jié)的方式，主要由兩個可調(diào)變壓器、電壓傳感器、電流傳感器、繞組和繼電器等組成，其基本結(jié)構(gòu)圖如下3所示。

圖3 恒流源結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of constant current source

4）機(jī)械部分 定位機(jī)構(gòu)：它完成待測產(chǎn)品的擋料和進(jìn)料到指定位置，然后通過機(jī)械手抓起產(chǎn)品放入回路機(jī)構(gòu)；當(dāng)測試完成之后，依據(jù)測試結(jié)果將合格與不合格的產(chǎn)品放入不同的料道中，將其送入下一單元之中。

回路機(jī)構(gòu)：它主要是夾具和電極組成，當(dāng)電流放入到待測位置，夾具加緊塑殼斷路器，與此同時(shí)，連接恒流源的電極插入到斷路器的兩端電極，構(gòu)成回路[6]。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

依據(jù)對系統(tǒng)基本原理和硬件設(shè)計(jì)的分析，軟件設(shè)計(jì)大致分為觸摸屏程序設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)和恒流源程序設(shè)計(jì)。

1）觸摸屏程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電啟動后，TP170A首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢，自檢結(jié)束并通過后自動進(jìn)入主畫面。主畫面由固定窗口和基本窗口兩部分組成。固定窗口主要顯示系統(tǒng)名稱、圖標(biāo)、系統(tǒng)時(shí)間等內(nèi)容；基本窗口的畫面菜單結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要是完成操作方式的切換、恒流源參數(shù)的設(shè)置和反饋信息、報(bào)警信息的顯示等任務(wù)。

圖4 主界面結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure diagram of the main interface

2）恒流源參數(shù)的調(diào)整

恒流源根據(jù)PLC給定的參數(shù)和控制信號，經(jīng)過兩級調(diào)節(jié)，輸出所需測試電流。首先，PLC根據(jù)測試塑殼斷路器額定電流的大小，給定其電壓參數(shù)和電流參數(shù)；然后，第一級的可調(diào)變壓器1調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)到電壓傳感器的反饋電壓值與給定的電壓參數(shù)相等為止；最后，第一級調(diào)壓器的輸出電壓經(jīng)過第二級的可調(diào)變壓器2調(diào)節(jié)，經(jīng)過繞組轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪弘娏餍盘?，并調(diào)節(jié)到電流傳感器的反饋電流值與給定的電流參數(shù)相等為止。

電壓參數(shù)和電流參數(shù)：在恒流源設(shè)置畫面，設(shè)置目標(biāo)電流值及初級電壓，啟動自動程序。恒流源開始工作后，觀察次級調(diào)壓器的觸頭位置，盡量讓其調(diào)到中間位置。如果偏左，則減小初級電壓值；如果偏右，增大初級電壓值。反復(fù)調(diào)節(jié)，調(diào)到最佳位置時(shí)，此時(shí)數(shù)值即為初級電壓值。最終參數(shù)如表1（125系列塑殼斷路器）和表2所示（160系列塑殼斷路器）。

3）PLC程序設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖5所示，首先，PLC完成測試前的準(zhǔn)備工作，系統(tǒng)上電后先進(jìn)行自檢。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，觸摸屏顯示出故障名稱，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。當(dāng)自檢無誤后，PLC通過觸摸屏完成初始參數(shù)的設(shè)置，如測試產(chǎn)品的型號、回初始狀態(tài)、恒流源工作狀態(tài)與給定值、系統(tǒng)運(yùn)行方式等參數(shù)。

然后，當(dāng)操作人員點(diǎn)擊啟動鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入了運(yùn)行狀態(tài)。PLC先清零產(chǎn)品質(zhì)量信息，；當(dāng)塑殼斷路器進(jìn)入測試單元后，定位機(jī)構(gòu)將其放入到指定的測試位置，回路機(jī)構(gòu)使其與恒流源構(gòu)成回路；與此同時(shí)，PLC發(fā)送控制信號和給定信號到恒流源，使其輸出測試電流，并檢測恒流源工作狀態(tài)；當(dāng)塑殼斷路器分閘或者預(yù)設(shè)的通電時(shí)間到時(shí)時(shí)，恒流源則停止工作；最后，PLC根據(jù)測試結(jié)果，將它們分別放入合格產(chǎn)品料道與不合格產(chǎn)品料道，流入不同的單元。

表1 恒流源參數(shù)1Tab.1 Parameter 1 of constant current source

表2 恒流源參數(shù)2Tab.2 Parameter 2 of constant current source

圖5 主程序流程圖Fig.5 Flow chart the software design

4 結(jié)束語

針對塑殼斷路器延時(shí)特性的出廠檢測，基于PLC開發(fā)了一套自動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動完成塑殼斷路器的延時(shí)特性檢測，并依據(jù)測試結(jié)果的不同進(jìn)行分類，并保持測試數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)手工檢測相比，本系統(tǒng)具有規(guī)范性和高效率等優(yōu)勢。

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