（西安航天精密机电研究所 陕西西安 710100）
摘要：针对高压隔离开关的结构特征及装配特点，制定了自动化装配方案和工艺流程，并在此基础上系统介绍了装配线的组成及功能，控制系统以永宏PLC作为各个工位的控制核心，通过C++编辑上位机系统，实时采集现场各个工位生产信息。经运行调试，该装配线工作可靠，产品适应性广，与之前人工装配相比，大大提高了装配质量和效率。
关键词：高压隔离开关；PLC；装配线；上位机
1 引言
高压隔离开关是发电厂和变电站电气系统中重要的开关电器之一，它由导电部分、操动机构、绝缘部分、传动机构以及支持底座组成。其主要用途是保证检修时工作的安全，在需要检修的部分和其它带电部分之间，用隔离开关构成足够大的明显可见的空气绝缘间隔。目前隔离开关普遍采用人工生产、检验，人员劳动强度大，检验误差因人、因时而异，随机性较大，装配品质难以保证，导致隔离开关在使用过程中存在隐患，且产品生产检验各个环节数据不能统一进行管理，不利于企业对产品质量的追溯。
2 工作原理
根据高压隔离开关的生产制造工艺，结合自动化设计规范，设计一条高压隔离开关自动化生产线，该生产线由四个工位组成，分别为底座安装工位，瓷瓶安装工位，导电安装工位，磨合工位。为了保证安装稳定性和精度，采用轨道输送线，高压隔离开关安装在轨道转运车上，转运车按照工艺流程顺序经过各个工位，只有完成所有装配和检验工序转运车才能继续流向下个工位。在线体两侧设有上线、下线工位，由人工将隔离开关吊装、吊离转运车。为了实现产品质量的管理和追溯，在每个工位均安装有扫码系统，通过扫描高压隔离开关上的二维码，将该高压隔离开关与工位生产信息绑定并存储在上位机管理系统中，产品最终用户可以通过扫描二维码了解到该产品生产各个环节的信息，实现了产品的质量追溯和信息化管理。
本工位主要完成瓷瓶底座的安装工作，由支撑架、定位工装、定位电磁铁、伺服电机、阻挡气缸、阻挡电磁铁等组成，如图2所示，转运车到达工作位置后，阻挡气缸升起，并通过阻挡电磁铁的吸附将转运车牢牢固定在工作位置。定位完成后，启动扫码枪扫描产品二维码，控制系统根据扫码信息调用相应产品工艺配方参数，由伺服电机驱动定位工装到达预定位置，定位电磁铁通电吸附在底座上，由人工将结构件安装完成后，按下放行按钮，系统电机、电磁铁等复位，转运车流转至下个工位，控制系统将相关信息上传管理系统存储。
3.3 瓷瓶安装工位
图3 瓷瓶工位现场图
本工位主要完成瓷瓶的安装工作，由支撑梁、横梁、伺服电机、倾角传感器、阻挡气缸和阻挡电磁铁等组成，如图3所示，转运车到达转运车到达工作位置后，阻挡气缸升起，并通过阻挡电磁铁的吸附将转运车牢牢固定在工作位置。定位完成后，启动扫码枪扫描产品二维码，控制系统根据扫码信息调用相应产品工艺配方参数，横梁左右两个伺服电机到达预定位置后，支撑梁上下伺服电机运行到设定位置，此时左右两个倾角传感器分别落在左右两个瓷瓶上方，开始采集瓷瓶倾角信息，并与水平基准倾角传感器信息进行比对，当左右瓷瓶倾角均在设定范围内时，允许产品流转至下个工位，否则不允许装配人员流转产品。
3.4 导电安装工位
图4 导电工位现场图
本工位主要完成导电触头回路电阻测量、导电触指回路电阻和夹紧力测量，触头和触指的匹配组装工作。由工作台、测力工装、测力传感器、回路电阻测试仪、阻挡气缸和阻挡电磁铁等组成，如图4所示，人工扫描导电触头二维码并测试该导电触头回路电阻，控制系统判断该测量值是否在该规格导电触头合格范围内，如果合格则绑定二维码信息和测量信息并上传管理系统存储，否则报警提示不合格并取消与二维码绑定信息。同理对导电触指进行扫码、测试。测试合格导电触头、导电触指人工吊装上转运车，安装固定在瓷瓶上方，最后由人工对导电触头、导电触指、底座分别扫码，流转转运车到下个工位，控制系统将三者信息绑定上传管理系统。
3.5 磨合测试工位
本工位主要完成高压隔离开关的回路电阻测试和开合角度测试。由支撑梁、横梁、伺服电机、旋转编码器、回路电阻测试仪、磨合电机、操动机构、阻挡气缸和阻挡电磁铁等组成。如图5所示，扫码后电机运行至左右两侧导电触头和导电触指上方，安装有旋转编码器的测量机构落在卡槽内。磨合电机带动操动机构做开合角度测试，测试次数、角度、偏差均可设定，测试过程中控制系统实时采集旋转编码器数据并转换为角度数值，如果开闸或者合闸角度不合格，则立即停止并报警提示，人工干预后再次跑合或者下线维修，成功完成磨合测试后进行回路电阻测试，同样不合格报警人工处理，合格则将转运车流转至下线工位并将测试数据和产品信息绑定上传管理系统。
图5 磨合工位现场图
3.6 下线工位
下线工位完成高压隔离开关的人工吊装下线工作，由移载机构、液压系统、伺服电机、阻挡气缸和阻挡电磁铁等组成。转运车到达下线工位后，人工从转运车上吊装高压隔离开关后放行，转运小车自动流转到回程线。
4 控制流程
4.1 硬件架构
控制系统采用三层控制架构（图6），分为执行层、控制层和管理层。执行层由各种传感器、电磁阀和电机等组成，考虑到后期整个生产线的扩展性，控制层采用四台永宏PLC单独控制各工位，这样各个工位间的工作相对独立，后期可以根据工艺变化迅速调整各个工位重新生产，各个工位间的信息交互则在管理层进行，管理层开发管理软件，通过RS485与四个PLC进行信息交互，同时管理软件能够实时监控生产线生产状态，由于每个产品都有唯一的二维码，每个工位均扫码后进行装配和检验工作，最终用户可以通过手机扫码查询产品信息，实现了产品全流程的信息追溯。
4.2 软件架构
图7 软件流程图
每个工位虽然工作内容不同，但整体控制流程是相同的，如图7所示，工位启动后会自检，通过后通知管理软件本工位备妥，管理软件接收到四个工位的备妥信息后启动自动流程，转运小车到位后气缸阻挡、电磁铁励磁将小车固定在本工位，各工位人工进行装配并检测，通过检测后数据上传管理软件，管理软件通知本工位下工位无货时，放行本工位转运车。
5 结论
本文介绍了隔离开关自动化生产线的功能和结构，该生产线已经在厂家投入使用，在使用过程中稳定可靠，适应性强，工艺灵活，安全性高，操作简单，与之前的人工方式相比，不但大大提高了产品的质量和和效率，同时降低了工人的工作强度，并且实现了产品数据的全流程追溯。
参考文献
[1]魏海波、孙清、张君薇、林喆，基于PLC和交流伺服控制的自动化生产线输送系统[J].工业控制计算机.2011.7
[2]杜永英、栾天辉、马业鹏，基于PLC的流水线搬运机械手[J].机电一体化.2010.3
[3]朱祥亭、马淑兰、梁建民，斯太尔装配线PLC控制系统[J].制造业自动化.2004.10
论文作者:李靖,韩建斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/27
标签：工位论文; 电磁铁论文; 瓷瓶论文; 高压论文; 气缸论文; 工作论文; 信息论文; 《电力设备》2018年第7期论文;