塑壳断路器延时特性自动检测系统

李春海，伍萍辉，曾 成，陆青峰

（河北工业大学 天津 300400）

在低压配电系统中，塑壳断路器被广泛应用。在正常条件下，它接通和断开电路中的空载和负荷电流，并在线路和设备过载、短路和欠电压时起保护作用。由此，如果塑壳断路器出现故障，将会造成严重的经济损失和人员伤亡，所以各厂家为了保证出厂产品的可靠性，在生产和出产检测环节严格把关，而塑壳断路器延时特性检测是其中一个的重要环节[1]。

目前，在我国多数开关厂对塑壳断路器延时特性检测是手工完成，还有少数的工厂实现自动化，但自动化水平较低[2]。在手工操作下，操作工人不可能杜绝人为错误的产生和保证产品检验的规范性，与此同时，这种方式效率极低，影响了企业的效益。因此，针对这种问题，塑壳断路器延时特性自动检测系统的开发具有十分重要的意义。

1 研究目标

该系统是杭州之江开关股份公司的HSW1－125、HSW1－160系列的塑壳断路器装配检测流水线改造项目的一部分，依据 IEC60947－2、GB14048.2等标准[3]，对塑壳断路器进行延时特性自动检测，从而提高工作效率和出厂质量，主要完成如下测试：

塑壳断路器通入2～3倍额定电流后，如果在预设时间范围内（Tp≤2Min（In≤200 A）或 Tp≤4Min（200 A≤In≤400 A））分断，则为合格，反之则不合格[4]。

2 技术要求

通过对研究目标和生产实际的分析，制定了如下技术要求：

1）恒流源由PLC控制，可任意编程，电流准确度为±2%；

2）根据环境温度的改变，自动调节恒流源参数；

3）延时检测单元的生产节拍大约为70 s/件；

4）整条生产线的生产效能高（520/班），集中控制系统完成生产线所有参数的监控、类型设置及参数自动化下载、其它单元故障状态的显示等功能。

3 设计方案

系统以PLC为控制核心，通过触摸屏完成测试参数的设置和实时数据的采集、监控，由机械部分完成定位和回路的构成，最后恒流源输出所需试验电流，并自动对测试结果进行判断和产品分类；而工业控制计算机作为上位机完成生产线的数据进行归纳整理和显示、各个单元进行监控管理等工作。系统总体结构图如2所示。

3.1 硬件设计

根据系统的基本原理图可知，系统的硬件部分主要由触摸屏、PLC、恒流源和机械等部分组成，其中机械部分包括定位机构和回路机构两部分。

1）触摸屏部分 在该系统中，触摸屏采用TP170A型号，通过与PLC建立通信，接收和发送命令。它主要的任务是完成手动/自动的切换与机构执行和试验参数的设置，显示系统的实时数据、试验结果和报警信息，故障后系统复位等工作。

图1 系统总体机构图Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

2）PLC部分 在该系统中，PLC采用S7-300系列产品，是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用[5]。在系统中，PLC接收触摸屏的控制命令和控制参数，控制机械部分完成塑壳断路器的定位和回路构成，给定恒流源输出所需的调节参数，并且将采集的实时测试数据反馈到触摸屏上，完成塑壳断路器延时特性的自动检测。系统硬件框图如图2所示。

图2 系统硬件结构图Fig.2 Structure diagram of the hardware system

3）恒流源部分 在该系统中，恒流源采用一种两级调节的方式，主要由两个可调变压器、电压传感器、电流传感器、绕组和继电器等组成，其基本结构图如下3所示。

图3 恒流源结构图Fig.3 Structure diagram of constant current source

4）机械部分 定位机构：它完成待测产品的挡料和进料到指定位置，然后通过机械手抓起产品放入回路机构；当测试完成之后，依据测试结果将合格与不合格的产品放入不同的料道中，将其送入下一单元之中。

回路机构：它主要是夹具和电极组成，当电流放入到待测位置，夹具加紧塑壳断路器，与此同时，连接恒流源的电极插入到断路器的两端电极，构成回路[6]。

3.2 软件设计

依据对系统基本原理和硬件设计的分析，软件设计大致分为触摸屏程序设计、PLC程序设计和恒流源程序设计。

1）触摸屏程序设计

系统上电启动后，TP170A首先进行系统自检，自检结束并通过后自动进入主画面。主画面由固定窗口和基本窗口两部分组成。固定窗口主要显示系统名称、图标、系统时间等内容；基本窗口的画面菜单结构如图4所示，主要是完成操作方式的切换、恒流源参数的设置和反馈信息、报警信息的显示等任务。

图4 主界面结构Fig.4 Structure diagram of the main interface

2）恒流源参数的调整

恒流源根据PLC给定的参数和控制信号，经过两级调节，输出所需测试电流。首先，PLC根据测试塑壳断路器额定电流的大小，给定其电压参数和电流参数；然后，第一级的可调变压器1调节电压，调节到电压传感器的反馈电压值与给定的电压参数相等为止；最后，第一级调压器的输出电压经过第二级的可调变压器2调节，经过绕组转变为低压电流信号，并调节到电流传感器的反馈电流值与给定的电流参数相等为止。

电压参数和电流参数：在恒流源设置画面，设置目标电流值及初级电压，启动自动程序。恒流源开始工作后，观察次级调压器的触头位置，尽量让其调到中间位置。如果偏左，则减小初级电压值；如果偏右，增大初级电压值。反复调节，调到最佳位置时，此时数值即为初级电压值。最终参数如表1（125系列塑壳断路器）和表2所示（160系列塑壳断路器）。

3）PLC程序设计

主程序流程图如图5所示，首先，PLC完成测试前的准备工作，系统上电后先进行自检。当系统发生故障时，触摸屏显示出故障名称，蜂鸣器发出报警声音。当自检无误后，PLC通过触摸屏完成初始参数的设置，如测试产品的型号、回初始状态、恒流源工作状态与给定值、系统运行方式等参数。

然后，当操作人员点击启动键后，系统进入了运行状态。PLC先清零产品质量信息，；当塑壳断路器进入测试单元后，定位机构将其放入到指定的测试位置，回路机构使其与恒流源构成回路；与此同时，PLC发送控制信号和给定信号到恒流源，使其输出测试电流，并检测恒流源工作状态；当塑壳断路器分闸或者预设的通电时间到时时，恒流源则停止工作；最后，PLC根据测试结果，将它们分别放入合格产品料道与不合格产品料道，流入不同的单元。

表1 恒流源参数1Tab.1 Parameter 1 of constant current source

表2 恒流源参数2Tab.2 Parameter 2 of constant current source

图5 主程序流程图Fig.5 Flow chart the software design

4 结束语

针对塑壳断路器延时特性的出厂检测，基于PLC开发了一套自动检测系统。该系统能自动完成塑壳断路器的延时特性检测，并依据测试结果的不同进行分类，并保持测试数据。与传统手工检测相比，本系统具有规范性和高效率等优势。

[1]施涛昌.DZ10-250塑壳断路器长延时脱扣试验台 [J].低压电器，1989（4）:22-25.

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CHENG Ya-ping， LI Zhi-gang， QI Feng.The reliability test device ofminiature circuitbreaker[J].Electrotechnical Application，2008，28（4）:79-81.

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ZHU Yun-xiang， LIU Bing-zhang， HUANG Qi-feng， et al.Equipment for low voltage circuit breaker reliability test[J].Low Voltage Apparatus，2000（2）:45-48.

[5]刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大学出版，2004.

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