真空滅弧室，又名真空開關(guān)管，是中高壓電力開關(guān)的核心部件，其主要作用是通過管內(nèi)真空優(yōu)良的絕緣性使中高壓電路切斷電源后能迅速熄弧并抑制電流，避免事故和意外的發(fā)生，主要應(yīng)用于電力的輸配電控制系統(tǒng)，還應(yīng)用于冶金、礦山、石油、化工、鐵路、廣播、通訊、工業(yè)高頻加熱等配電系統(tǒng)，具有節(jié)能、節(jié)材、防火、防爆、體積小、壽命長、維護費用低、運行可靠和無污染等特點[1_2]。真空滅弧室從用途上又分為斷路器用滅弧室和負荷開關(guān)用滅弧室，斷路器滅弧室主要用于電力部門中的變電站和電網(wǎng)設(shè)施，負荷開關(guān)用滅弧室主要用于電網(wǎng)的終端用戶口]。

真空滅弧室在生產(chǎn)制造過程中有著復(fù)雜的工藝流程，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中及出廠之前需要對滅弧室的參數(shù)檢測，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。額定壓力的電阻、自閉力及反力便是其中較為重要的測試參數(shù)。在實際生產(chǎn)過程中，這些參數(shù)需要不同的測量手段，所以測量起來對人力和物力的消耗較為明顯口]。同時，人力的過多參與，導(dǎo)致測量的隨機誤差增多。為提高測試效率及測量準(zhǔn)確性，設(shè)計制造了多功能回路電阻測試儀，實現(xiàn)滅弧室多種參數(shù)的準(zhǔn)確，高效測量‘“。

1 多功能回路電阻測試儀設(shè)計思路

1．1 關(guān)鍵因素

本系統(tǒng)的測量目標(biāo)共包括三個，額定壓力值下的接觸電阻，自閉力以及反力。影響測量結(jié)果的關(guān)鍵因素主要包括以下幾點：

1)額定壓力值施加的準(zhǔn)確性；

真空滅弧室的動靜端觸頭的接觸電阻是指在滅弧室動端施加指定的壓力，在指定的壓力下，測量動端和靜端之間的電阻值即為接觸電阻。由于接觸電阻一般為5～20肚Q，壓力值的變化對接觸電阻的影響很大，本系統(tǒng)要求施加的壓力范圍為o～10000N，施加壓力的誤差≤±10 N，因此，如何快速精準(zhǔn)的施加壓力便成為本系統(tǒng)的關(guān)鍵因素之一。

2)電阻值測量的準(zhǔn)確性；

由于接觸電阻阻值很小，*小分辨率需要達到o．01址Q常規(guī)的測量設(shè)備精度很難滿足使用要求，因此如何準(zhǔn)確測量接觸電阻便成為本系統(tǒng)另一個關(guān)鍵因素。

3)力值測量的準(zhǔn)確性；

在測量接觸電阻過程中，系統(tǒng)施加范圍為o～10000 N的壓力，在自閉力與反力的測量過程中，系統(tǒng)需要測量o～300 N的拉力，測量誤差≤±10 N，現(xiàn)在可獲得的拉壓力傳感器都為對稱設(shè)計，即拉壓力測量范圍為相同的，本系統(tǒng)中為滿足10000 N壓力的測量要求，必須選用拉力測量范圍也為10000 N的傳感器，這將導(dǎo)致在o～300 N的范圍內(nèi)拉力信號為一個較小的信號，較小的信號意味著更容易受到干擾，因此，如何快速準(zhǔn)確采集力值成為本系統(tǒng)第三個關(guān)鍵因素。

1．2 解決方案

針對1．1中所提及的影響測量結(jié)果各項關(guān)鍵因素，本設(shè)備做出了如下解決方案：

(1)準(zhǔn)確施加壓力

本系統(tǒng)中壓力精度要求為±10 N，同時，為滿足生產(chǎn)線的節(jié)拍要求，壓力施加過程的時間也有相應(yīng)的要求。因此，如何快速準(zhǔn)確的進行壓力施加便成了本系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。

在現(xiàn)存的儀器中，PID控制得到了廣泛的應(yīng)用，PID是比例、積分、微分的縮寫。比例調(diào)節(jié)作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)

節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作

用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強，Ti越大，則積分作用弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組

成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢。因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。

由上述描述可知，在PID的使用過程中，參數(shù)整定過程是復(fù)雜的，但是PID的思想?yún)s可以進行借鑒。

在本系統(tǒng)中，使用了“分段式運動控制”，在該過程中，上壓頭中的設(shè)置線型探針，該探針有一定的伸縮性能。在樣品下端施加24 V電壓，當(dāng)上端跟探針沒有接觸時，伺服電機以較高速度運動；當(dāng)樣品上端接觸到探針時，與探針相連的控制器輸入點探測到24 V高電平，伺服電機開始減速，以較低速度運動，

慢慢施加壓力，當(dāng)壓力達到目標(biāo)值的90％時，伺服電機轉(zhuǎn)入“點動”(單脈沖運動)過程，直至達到目標(biāo)壓力。運動過程如圖1所示。

(2)準(zhǔn)確測量電阻值

本系統(tǒng)中，使用四端子法測量滅弧室接觸電阻。測量系統(tǒng)由電壓測試儀、電流測試儀和拉壓力測試裝置構(gòu)成，首先在A+和A一端施加100 A電流，同時測量V+和V一的電壓，通過歐姆定律自動計算獲得*終的回路電阻值。

(3)準(zhǔn)確測量力值

本系統(tǒng)從軟件和硬件兩個方面進行了處理。硬件方面，在電機的動力線上使用二次屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)可靠接地，將壓力變送器至于鐵盒中，鐵盒可靠接地。同時，控制系統(tǒng)的供電使用隔離變壓器及濾波模塊。軟件方面，首先，在控制器采集端進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，選擇合適的采樣數(shù)及“死區(qū)”，如圖3所示；其

次，在進行數(shù)據(jù)存儲時，使用中值濾波，減小隨機誤差。拉壓力傳感器采用s型稱重傳感器，該傳感器采用合金鋼材質(zhì)，膠密封防護處理，廣泛應(yīng)用于固體

間拉力和壓力的測量。本系統(tǒng)中使用的傳感器為量程±1 T，重復(fù)精度o．5％F．S。由于在數(shù)據(jù)傳輸過程中電壓信號容易干擾，所以本系統(tǒng)中使用了壓力變送器，將傳感器的電壓信號轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流信號，減少傳輸過程中的干擾。

為提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使用PLC作為壓力控制過程的控制器，PI。C控制系統(tǒng)，又稱可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲器，用于存儲內(nèi)部程序，執(zhí)行邏輯運算，定時，計數(shù)等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入輸出控制各種類型的生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。本系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)采集模塊為西門子EM235模擬量采集模塊，可以跟西門子s7—200進行通信，實現(xiàn)壓力值的閉環(huán)控制。EM235的量程為o～20 mA，精度為12位。PLC對應(yīng)的*小分辨電壓5肚A，由此可以得出系統(tǒng)*小分辨力值為6．25 N。

2 多功能回路電阻測試儀制造實現(xiàn)

2．1 多功能回路電阻測試儀結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述解決方案，設(shè)計制造出的多功能回路電阻測試儀結(jié)構(gòu)如圖4所示，多功能回路電阻測試儀主要由兩部分組成：一部分是自動化測量輔助裝置；另一部分包括測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與通訊系統(tǒng)等。前一部分集中于檢測操作臺，后一部分安裝于標(biāo)準(zhǔn)機柜中。

自動化測量輔助裝置是滅弧室多功能回路電阻測試的基礎(chǔ)，它主要包括以下裝置及機構(gòu)：T作臺、上下壓頭、伺服電機及傳動機構(gòu)、力傳感器、恒流源電極、測試電極移動裝置等部分，如圖4所示。

2．2 多功能回路電阻測試儀控制過程

控制系統(tǒng)作為檢測系統(tǒng)的**，控制各部分的邏輯與時序，在系統(tǒng)中占有重要地位。在本系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)需完成以下工作。

(1)根據(jù)管型信息預(yù)設(shè)相應(yīng)的測試電流、施壓壓力和額定開距等信息。

(2)檢測各傳感器的輸入信息并對信息進行判斷。

(3)驅(qū)動相應(yīng)的電機，完成上下動板及測試電極的位置調(diào)節(jié)。

(4)向電阻測試儀、壓力測試儀發(fā)出測控信號，進行相應(yīng)的測量。

(5)測試參數(shù)手動設(shè)置、測試結(jié)果對比，測試結(jié)果統(tǒng)計計算。

綜合以上要求，本項目控制系統(tǒng)采用了T控機結(jié)合PLC的控制模式，相關(guān)的測試硬件包括：位置傳感器、光電傳感器、電機驅(qū)動器等，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

工控機作為控制中心，主要完成以下T作：接收用戶的輸入信息、向PI。C控制器發(fā)出相關(guān)的控制指令、讀取PI。C控制器中的信息、控制恒流源和電壓

測試儀的邏輯與時序、與系統(tǒng)主控或其他部分進行通訊、進行相關(guān)測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析T作。PI。C控制器檢測各傳感器的輸入信息，與工控機傳輸信

息進行對比，進而控制電機驅(qū)動器驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)，實現(xiàn)所需動作，完成相應(yīng)參數(shù)的調(diào)節(jié)。

本設(shè)備所有測試過程均采用程控自動化，用戶在上位機軟件中調(diào)取相應(yīng)的控制參數(shù)，如圖6所示，設(shè)備將按照給定的參數(shù)及流程全自動完成整套測試流程。程控程序流程如圖7所示。

2．3 多功能回路電阻測試儀實現(xiàn)指標(biāo)

設(shè)計制造完成的多功能回路電阻測試儀在接觸電阻、自閉力、反力等方面均實現(xiàn)了很好的測試效果，經(jīng)實踐測試本設(shè)備達到了表1所列出的各項技術(shù)指標(biāo)。

3 多功能回路電阻測試儀使用效果

多功能回路電阻測試儀驗收初期，選擇兩種型號的真空滅弧室作為測試樣品，每個型號測試100只，每只測試10次，具體實驗結(jié)果如表2所示。

經(jīng)客戶反饋，多功能回路電阻測試儀投入正常生產(chǎn)后，測試效率較傳統(tǒng)方式提高50％，一致性提高80％。

4 結(jié)論

多功能回路電阻測試儀就真空滅弧室測試過程中壓力施加、接觸電阻測量、自閉力測量以及反力測量等關(guān)鍵因素進行了針對性攻關(guān)設(shè)計，解決了傳統(tǒng)測試方法存在的瓶頸問題，實現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率的測試工藝。

通過測試多功能回路電阻測試儀達到各項設(shè)計指標(biāo)，經(jīng)用戶反映，設(shè)備性能穩(wěn)定，運行效果良好。衷心感謝參與該設(shè)備設(shè)計制造的相關(guān)人員。