杜婷婷，王 彥

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力需求也迅猛增長。2012年我國全社會用電量達(dá)到了49591億千瓦時，同比增長5.5%[1]。根據(jù)電力工業(yè)發(fā)展預(yù)測和“十二五”高壓開關(guān)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，“十二五”期間，我國發(fā)電裝機(jī)容量將以每年6000～8000萬k W的速度遞增，到2015年，全國裝機(jī)容量將達(dá)約14.37億k W，由此計(jì)算，“十二五”期間我國對各類、各電壓等級中壓開關(guān)需要量分別為：12～40.5kV中壓成套開關(guān)設(shè)備3601000臺；12～40.5kV中壓斷路器3394000臺。與之相對應(yīng)，國內(nèi)中壓開關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)必將向規(guī)模化生產(chǎn)、數(shù)字化制造的方向發(fā)展。受國家政策扶持和行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇，國內(nèi)中壓斷路器生產(chǎn)企業(yè)必將從中受益。中壓斷路器裝配檢測設(shè)備勢必具有廣闊的市場發(fā)展前景。為此，北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所針對中壓開關(guān)行業(yè)定制開發(fā)的中壓斷路器自動裝配檢測生產(chǎn)線，具備柔性可滿足多種產(chǎn)品共線生產(chǎn)，同時具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和通訊功能，適應(yīng)企業(yè)信息化管理的要求，為中壓開關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級換代、產(chǎn)能提升和管理提升發(fā)揮了重要的作用。

圖1 生產(chǎn)線設(shè)備組成與布置圖

1 中壓斷路器自動裝配檢測生產(chǎn)線組成

中壓斷路器自動裝配檢測生產(chǎn)線可采用直線形或回轉(zhuǎn)形布局，各裝配、檢測工位在線體兩側(cè)對稱布置。斷路器放置在工裝板上自動輸送到生產(chǎn)線各工位進(jìn)行裝配及檢測操作。生產(chǎn)線由積放式輸送線、各裝配檢測工位及輔助工裝、助力起重設(shè)備以及產(chǎn)品條形碼管理系統(tǒng)組成。生產(chǎn)線工序流程如下：

工裝板上線 → 斷路器框架上線 → 儲能機(jī)構(gòu)裝配→合分閘半軸裝配→ 主回路裝配 → 二次線安裝 → 機(jī)械磨合 → 機(jī)械特性測試 → 耐壓試驗(yàn) →底盤車裝配 → 觸臂和梅花觸頭安裝 → 封板安裝→ 基于機(jī)器視覺的尺寸檢測 → 終檢→ 產(chǎn)品下線→ 工裝板返回

斷路器生產(chǎn)線整線控制層采用PLC控制輸送線及各工位設(shè)備的執(zhí)行動作，上位計(jì)算機(jī)作為管理軟件的運(yùn)行平臺，負(fù)責(zé)完成檢測數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫操作、狀態(tài)監(jiān)視等功能，二者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。根據(jù)用戶需求，生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可預(yù)留接口適應(yīng)將來擴(kuò)充生產(chǎn)線以及與ERP系統(tǒng)連接的功能。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 關(guān)鍵設(shè)備實(shí)施方案簡介

1）自動輸送線：生產(chǎn)線主體為自動化輸送線及工作臺，在各工作臺上設(shè)有操作盒及條碼掃描器，操作盒上設(shè)置的按鈕與指示燈可實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出料控制，并對缺料、裝配錯誤、異常情況及時發(fā)出提示信息以便進(jìn)行處理。輸送線及工作臺由PLC系統(tǒng)集中控制，斷路器及其零部件采用條碼管理，斷路器框架上線時即將其型號參數(shù)以條碼形式輸入生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品型號自動選擇相應(yīng)的工序流程。

控制系統(tǒng)通過輸送線上設(shè)置的傳感器及各工位上的條碼掃描裝置，可實(shí)時監(jiān)測輸送系統(tǒng)與工作臺的運(yùn)行狀態(tài)，跟蹤斷路器的裝配路徑，并可以將運(yùn)行信息利用網(wǎng)絡(luò)上傳至生產(chǎn)線管理系統(tǒng)。

2）全自動機(jī)械磨合工位：機(jī)械磨合是保證斷路器性能穩(wěn)定的關(guān)鍵工序，由于其操作過程占用時間長，并且會產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音，因此采用傳統(tǒng)模式很難提高生產(chǎn)效率。

全自動機(jī)械磨合工位是北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所綜合專用電源、自動檢測、自動傳輸?shù)燃夹g(shù)，自主研發(fā)的全自動工作單元，實(shí)現(xiàn)了無人操作，在國內(nèi)外同類設(shè)備領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)。全自動機(jī)械磨合工位由軌道式輸送車、磨合工作臺、磨合控制系統(tǒng)、操作電源以及隔音室組成。在磨合工位的進(jìn)出位置設(shè)置條碼掃描器，在斷路器進(jìn)出時可讀取產(chǎn)品型號信息，并自動對磨合工位相關(guān)參數(shù)進(jìn)行整定。

圖3 全自動機(jī)械磨合工位

3）機(jī)械特性測試工位：機(jī)械特性測試工位配有機(jī)械特性測試儀、AC/DC調(diào)壓電源、條碼掃描器、機(jī)械特性測試工裝以及測試控制系統(tǒng)。機(jī)械特性測試選用SA100-3R機(jī)械特性測試儀，可自動完成單分、單合操作模式斷路器分合閘速度、時間、同期性、斷口彈跳時間的測試。

4）耐壓試驗(yàn)工位：耐壓試驗(yàn)工位由軌道式輸送車、測試臺架、高壓發(fā)生器、PLC控制系統(tǒng)、條碼掃描裝置以及防護(hù)網(wǎng)組成。在耐壓測試區(qū)域的外側(cè)設(shè)置紅色金屬防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)與測試中帶高壓電部件間隔距離大于1米，并且輸送車進(jìn)出防護(hù)網(wǎng)的位置鋪設(shè)絕緣軌道，隔離防護(hù)網(wǎng)上設(shè)置的人員進(jìn)出門與高壓發(fā)生器具有連鎖功能，可有效保證高壓測試中人員以及外部生產(chǎn)線設(shè)備的安全。

斷路器耐壓試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括以下內(nèi)容：

合閘狀態(tài)下，對地耐壓，A相、B相、C相對地；

合閘狀態(tài)下，相間耐壓，A、C相對B相，A相對C相；

分閘狀態(tài)下，斷口耐壓，A相、B相、C相（上口）對A相、B相、C相（下口）。

測試完成后控制系統(tǒng)將測試結(jié)果匯同產(chǎn)品型號、編號信息傳送至生產(chǎn)線管理系統(tǒng)保存。

5）基于機(jī)器視覺的尺寸檢測工位

在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢驗(yàn)、生產(chǎn)監(jiān)視和零件識別應(yīng)用，通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能由人眼來完成。然而有些時候，如微小尺寸的精確快速測量，形狀匹配，顏色辨識，用人眼根本無法連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，其他物理量傳感器也難以完成。這時，人們開始考慮用CCD照相機(jī)抓取圖像,送入計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫膱D像處理模塊，通過數(shù)字化處理，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,來進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別[2]。

近年來,北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所在機(jī)器視覺的應(yīng)用中取得了很大的進(jìn)展,應(yīng)用于包括自動識別、測量與檢驗(yàn)、機(jī)器人指導(dǎo)與控制、材料搬運(yùn)與分類等多個領(lǐng)域。

斷路器的外型尺寸檢測，以往在國內(nèi)外一直使用的是模擬配柜檢測方式，該方式只能進(jìn)行定性的測試，無法得到定量的測試數(shù)據(jù)，不利于產(chǎn)品的質(zhì)量管理。

北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所為中壓開關(guān)企業(yè)定制研發(fā)的尺寸檢測工位是綜合機(jī)器視覺技術(shù)、三坐標(biāo)測量技術(shù)、圖像處理技術(shù)的專用檢測設(shè)備。設(shè)備由工業(yè)相機(jī)、三坐標(biāo)運(yùn)動平臺、精密旋轉(zhuǎn)臺、以及使用工業(yè)PC的視覺圖像處理系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)組成。尺寸檢測工位將三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)和機(jī)器視覺系統(tǒng)精密配合，可自動完成數(shù)據(jù)的采集、記錄及傳送，實(shí)時控制斷路器生產(chǎn)的裝配質(zhì)量。

檢測內(nèi)容主要包括：相間距離、含觸頭長度、提門彎板高度及位置。

圖4 基于機(jī)器視覺的尺寸檢測工位

3 技術(shù)特點(diǎn)

1）自動化：生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了自動傳輸及關(guān)鍵設(shè)備的自動檢測。

2）智能化：關(guān)鍵設(shè)備的智能化體現(xiàn)在尺寸檢測工位采用基于機(jī)器視覺的檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了斷路器尺寸的自動檢測；采用全自動的磨合單元，實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)。

3）人性化：控制系統(tǒng)具有人性化的操作界面，詳細(xì)的提示信息，并設(shè)有多重連鎖保護(hù)功能，可有效保證人員、設(shè)備、產(chǎn)品的安全。

4）模塊化：生產(chǎn)線采用模塊化的設(shè)計(jì)，流水線的長度由若干標(biāo)準(zhǔn)段組成，標(biāo)準(zhǔn)段供電通過分線盒，確保獨(dú)立設(shè)置；同時整線的各測試工位可采用獨(dú)立控制方式，也可作為一套具有標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備接入生產(chǎn)線中，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

5）信息化：以基于條形碼運(yùn)行的完全自動的方式實(shí)現(xiàn)了斷路器性能檢測及裝配的全部過程，同時可編程控制器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、智能檢測儀器等均采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，方便組網(wǎng)，滿足企業(yè)信息化的要求。

4 結(jié)束語

北京機(jī)械工業(yè)自動化所研制的中壓斷路器自動裝配檢測線的技術(shù)先進(jìn)、兼容性強(qiáng)、性能可靠、操作便捷、自動化程度高。這為中壓開關(guān)企業(yè)提供了可靠的、高性能及高效率的自動檢測裝備，為斷路器生產(chǎn)企業(yè)的大批量的高速生產(chǎn)提供了有利的保證。

[1] 2 0 1 2年我國全社會用電量同比增長5.5% [EB/OL]. [2013-1-14]. h ttp://new s.xinhuane t.com/fortune/2013-01/14/c_114360625.h tm

[2] 朱錚濤,黎紹發(fā).視覺測量技術(shù)及其在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2004(4).