原通文，曹慧云，蘭軒花

YUAN Tong-wen, CAO Hui-yun, LAN Xuan-hua

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對電力的需求量愈來愈大，促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大。

戶內(nèi)高壓真空斷路器作為電網(wǎng)設(shè)備，工礦企業(yè)動力設(shè)備的保護(hù)盒控制單元；尤其適應(yīng)于要求額定工作電流下的頻繁操作或多次開斷短路電流的場所。其主要優(yōu)勢有：操作機(jī)構(gòu)與斷路器本體一體化設(shè)計，緊湊，精簡，牢靠，體積小；真空滅弧室采用陶瓷絕緣外殼，銅鉻合金觸頭，杯狀縱向磁場結(jié)構(gòu)，具有斷流容量大，絕緣水平高，滅弧能力強(qiáng)，壽命長等特點(diǎn)；無故障運(yùn)行，少維護(hù)或免維護(hù)，無爆炸危險，無污染，運(yùn)行噪音低。

真空斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、沉重，制造、裝配工藝要求高，因此國外廠家已經(jīng)開始采用生產(chǎn)流水線方式裝配和檢測斷路器。目前，我國生產(chǎn)真空斷路器的廠家較多，品種也比較繁雜，但許多廠家仍舊采用人工將斷路器運(yùn)到特定地點(diǎn)，然后手工接線進(jìn)行檢測，這種方式存在著效率低、勞動強(qiáng)度大、高壓危險等缺點(diǎn)。這就要求國內(nèi)企業(yè)也要提升自身生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

本文主要介紹了基于PLC控制的戶內(nèi)高壓真空斷路器裝配和檢測生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)。

1 工藝流程介紹

工藝簡介：框架上線→ 布線 →安裝相柱→ 磨合試驗→ 機(jī)械特性測試→ 底盤車安裝→ 觸臂裝配→面板、標(biāo)記條等裝配→ 耐壓測試→ 配柜終檢→產(chǎn)品下線 。

生產(chǎn)線主體為兩條直線型倍速鏈輸送線，斷路器由工裝板承載在輸送線上移動，各工位設(shè)置限位器，當(dāng)工裝板到達(dá)裝配或檢測工位時，限位器對工裝板進(jìn)行限位，使其在工位暫停，而后由頂升平移裝置將工裝板連同斷路器移動到線外工作臺上便于操作人員完成裝配或檢測工作。

磨合試驗是產(chǎn)品在額定電壓下進(jìn)行用戶指定次數(shù)的合分閘操作。

機(jī)械特性測試工位完成斷路器產(chǎn)品的合分閘速度、反彈、彈跳及超行程測試。測試過程啟動后設(shè)備自動完成機(jī)械特性的測試，測試數(shù)據(jù)經(jīng)控制系統(tǒng)處理后存儲在上位計算機(jī)產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)庫中。

耐壓測試對斷路器的主回路進(jìn)行工頻42KV耐壓測試，時間為1分鐘。二次回路對地做2KV耐壓測試，時間為1分鐘。

終檢工位檢測臺上通過連接不同的檢測電源還可實(shí)現(xiàn)分合閘控制測試、二次回路接線正確性測試等檢驗項目。

2 控制系統(tǒng)

2.1 總體設(shè)計

系統(tǒng)采用分布式的控制方式，分為現(xiàn)場控制和集中控制兩級。系統(tǒng)總線采用工業(yè)以太網(wǎng)，在CP1H系列PLC上直接裝Ethernet單元CIF41模塊，然后通過上位機(jī)對其設(shè)置IP地址和FINS地址。

FINS（factory interface network service）通訊協(xié)議是歐姆龍公司開發(fā)的用于產(chǎn)業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)的指令／響應(yīng)系統(tǒng)。使用FINS指令可實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)間的無縫通訊，包括用于信息網(wǎng)絡(luò)的Etherne（以太網(wǎng)），用于控制網(wǎng)絡(luò)的CONtroller Link和SYSMAC LINK。通過編程發(fā)送FINS指令，上位機(jī)或PLC就能夠讀寫另一個PLC數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容，還可以控制其運(yùn)行狀態(tài)，從而簡化了用戶程序。FINS協(xié)議支持工業(yè)以太網(wǎng)，這就為OMRON PLC與上位機(jī)以太網(wǎng)通訊的實(shí)現(xiàn)提供了可能。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體示意圖

現(xiàn)場級是由在現(xiàn)場都安裝的控制柜(采用OMRON公司的CP1H系列PLC)組成，共5臺。其功能是實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場對相應(yīng)工位的控制，對運(yùn)行狀態(tài)和錯誤信息的現(xiàn)場采集與監(jiān)視，并且完成與集中控制級的實(shí)時通信，包括：接收控制信息，完成控制動作，發(fā)送用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的運(yùn)行狀態(tài)、錯誤信息到主站。

集中控制級是由設(shè)置控制室的監(jiān)控計算機(jī)通過監(jiān)控軟件接收并顯示、狀態(tài)等信息，對錯誤信息進(jìn)行報警，并且可以發(fā)出指令，控制生產(chǎn)線的運(yùn)行，同時生成報表。UPS電源用來在停電時為監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)供電，在保證監(jiān)控計算機(jī)保存生產(chǎn)記錄后安全退出。

2.2 PLC分部控制

本控制系統(tǒng)采用日本OMRON公司的CP1H，是一款性價比高、功能完備的通用控制器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，自帶24點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出和4路模擬量輸入。集成了開關(guān)量控制、模擬量控制、高速計數(shù)、4軸高速脈沖輸出、串行通信等功能于一身，CP1H指令豐富，采用任務(wù)編程方式，并支持功能塊編程方法使編程更加清楚、簡便。CP1H取消了手持編程器配置，沒有通常的外設(shè)接口，取而代之的是USB端口。支持hostlink、 nt link、compobus/s、 devicenet、 profibus-dp、controllerlink、ethernet、 協(xié)議宏、modbus-rtu等多種通訊方式及串行plc連接功能；支持cpm和cj1系列plc的擴(kuò)展單元。

系統(tǒng)的控制方式為每個工位都具有手動、自動兩種控制方式。其中手動方式，可以通過觸摸屏手動按鈕對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣缸、電機(jī)、變頻器等）進(jìn)行單獨(dú)控制，以適用于調(diào)整、維修和緊急情況。通常使用自動方式，操作面板上的自動按鈕選擇自動擋，設(shè)備由PLC自動控制，按照每個工位特定的工作流程進(jìn)行檢測。PLC控制系統(tǒng)邏輯圖如圖2所示：

圖2 PLC控制系統(tǒng)邏輯圖

2.3 HMI人機(jī)界面

觸摸屏是觸摸式工業(yè)圖形顯示器的簡稱，用于參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示，并以曲線、動畫等形式描繪自動化控制過程，并可簡化PLC的控制程序。觸摸屏的主要作用是：監(jiān)視和控制。監(jiān)視：以數(shù)據(jù)，曲線，圖形，動畫等各種形式來反映PLC內(nèi)部位狀態(tài)和存儲器數(shù)值，從而直觀反映工業(yè)控制系統(tǒng)的流程?？刂浦饕峭ㄟ^觸摸屏操作改變PLC內(nèi)部位狀態(tài)，存儲器數(shù)值，從而參與過程控制。

本系統(tǒng)采用WEINVIEW的MT8070iH型號觸摸屏，該型號為7”寬屏、400MHzCPU、128M超大容量Flash，而且能快速響應(yīng)系統(tǒng)指令。

控制系統(tǒng)的人機(jī)界面要求操作簡單，易于理解。為此，設(shè)計了下面6個層面 。

2.3.1 用戶登錄

用戶輸入密碼后，按“主頁”鍵確認(rèn)。如果密碼錯誤，系統(tǒng)會給出提示，并請用戶重新輸入；如果密碼正確，將直接進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)界面。

2.3.2 運(yùn)行狀態(tài)

運(yùn)行狀態(tài)界面用來實(shí)現(xiàn)對進(jìn)行相關(guān)的工作狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控。

2.3.3 參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置界面用來實(shí)現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。

圖3 主程序流程圖

2.3.4 手動控制

手動界面主要是當(dāng)設(shè)備在檢修狀態(tài)下，對電磁閥、電機(jī)、變頻器、指示燈等設(shè)備的開/關(guān)狀態(tài)控制。

2.3.5 報警提示

當(dāng)出現(xiàn)故障或者故障排除時，相應(yīng)的報警指示燈會變紅，同時報警界面的故障顯示區(qū)會顯示當(dāng)前故障信息，以便于操作人員快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障原因。

2.3.6 數(shù)據(jù)錄入

該界面主要實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品生產(chǎn)信息的進(jìn)行輸入，以便于上位機(jī)讀取這些信息。

2.4 程序設(shè)計思路

本控制系統(tǒng)采用順序控制設(shè)計方法，根據(jù)上述的工作流程，細(xì)分為執(zhí)行單一功能的子模塊，按照檢測的時間順序和相互邏輯關(guān)系，主程序?qū)⒁来握{(diào)用子模塊。下面以耐壓測試系統(tǒng)為例，程序流程圖如圖3所示：

3 結(jié)束語

該生產(chǎn)線自投入生產(chǎn)以來，已取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，達(dá)到減員增效保質(zhì)的目的。

2）增加了可靠性和安全性。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主控設(shè)備的聯(lián)鎖控制和異常報警和及時關(guān)停。各個工位站設(shè)立授權(quán)以對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，避免了人為誤操作等可能造成的設(shè)備損壞。

3）可視化的人機(jī)界面非常便于操做人員掌握，操作人員不僅可以隨時查詢，監(jiān)視到當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障等信息，而且快速簡單地更換產(chǎn)品型號參數(shù)。

[1]CP1H 操作手冊(中文)(W450-CN5-02).

[2]CP1H 編程手冊(中文)(W451-CN5-01).