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低压电器制造业智能检测装备技术探讨汇报人：吴桂初单位：温州大学浙江省温州低压电器技术创新服务平台浙江省低压电器智能技术重点实验室温州大学电器研究所2013年11月02日Ⅰ、概述Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术Ⅲ、低压电器制造过程中的检测装备及其应用Ⅳ、温州大学相关科研机构、研究方向简介提纲Ⅰ、概述上半年两会的《政府工作报告》中提到“中国制造业规模跃居全球首位，高技术制造业增加值年均增长13.4%，成为国民经济重要先导性、支柱性产业”。中国已成为全球“制造大国”。浙江省2012年全年生产总值34606亿元，比上年增长8.0%，其中工业生产比重最大，占到所有生产总值的一半。中国制造丝绸、陶瓷、茶叶80年代前廉价商品中国制造改革开放后中国制造？今后新的内涵制造大国制造强国中国制造中国智造？Ⅰ、概述传统制造模式招工难工资成本上升质量和效率制造业劳动密集制约制造业发展现代化制造模式中国制造业由大变强，其中装备制造业很重要。装备制造业：是指投资类产品的制造，是为普通制造业生产“工作母机”，是制造业的核心，是制造业现代化的龙头。Ⅰ、概述1.2009年5月12日国务院颁布了《装备制造业调整和振兴规划》2.2012年5月7日《智能制造装备产业“十二五”发展规划》正式发布。3.稳步向自动化、数字化、集成化、网络化和智能化发展。4.目的：提升和改造传统制造业，提高我国制造业和装备的自动化与智能化水平，实现我国从制造大国向制造强国转变。Ⅰ、概述1在制造业发展中，美、日、德、英均以装备制造业作为主要支柱，重点发展。2韩国、东盟各国与我国的台湾地区，也都在把装备制造作为制造业的重中之重来发展。Ⅰ、概述美国福特公司早期装配生产线(1913年)二战期间Ⅰ、概述5个莫托曼机器人组成的自动化装配中心德国阿舒坦自动控制系统技术公司开发的5机器人水阀配件自动装配线。Ⅰ、概述美国波音公司的自动化装配车间一、背景设计是灵魂1材料是基础2工艺是保障3测试是关键4制造业保证产品质量的20字方针：测试——检测试验或者测量试验低压电器制造业中保护电器的检测技术及装备Ⅰ、概述保护特性当供电线路发生过载或短路等故障时，在供电线路起保护作用的电器（如断路器、热继电器等）就会动作，使电路切断以保护供电线路、用电设备等不因过载或短路等故障而烧毁。Ⅰ、概述瞬时过电流脱扣器电路发生短路时，为了减少短路电流造成的危害，要求断路器除了在过载时能延时动作，还要在短路时瞬时动作。即要求断路器有两段保护特性。两段保护特性Ⅰ、概述选择性保护：是指电器中多级保护元件之间的适当分工。低压供电线路保护特性配合不佳保护特性配合良好Ⅰ、概述tio过载长延时短路短延时短路瞬动i利用三段保护特性实现选择性保护。依靠短路电流大小和动作时间整定。三段保护特性实现局部选择性保护Ⅰ、概述试验样机出厂维护生产使用研制产品低压电器试验的目的Ⅰ、概述试验的分类型式试验常规试验特殊试验抽样试验型式试验：指按某一设计而制造的一个或多个电器产品进行的试验，其目的是用以验证给定型式的产品的设计和性能是否符合基本标准及产品标准的要求。型式试验是新产品研制单位和投产单位必须进行的试验。除非产品标准另有规定，通常型式试验只需试验一次。典型型式试验项目：（1）绝缘件的着火危险试验；（2）温升试验；（3）介电性能试验；（4）接通和分断能力试验；（5）过载电流试验；（6）操作性能试验；（7）机械寿命试验；（8）电寿命试验；（9）短路接通和分断能力试验；（10）电磁兼容试验等。常规试验：是出厂试验中的一种。指产品出厂前制造厂必须在每台产品上进行的试验项目和检查项目，其目的是检验材料、装配上的缺陷，以判断其是否符合相关标准的规定。常规试验可以采用等效试验或快速试验方法进行，常规试验的项目应在产品标准中规定清楚。典型型式试验项目：（1）动作范围的验证试验；（2）介电能力试验。特殊试验：指除型式试验和常规试验外由制造厂确定的或根据制造厂和用户的协议所确定的试验。例如：根据GB14048.4-2003的规定，接触器和电动机起动器的特殊试验包括以下项目：（1）机械寿命试验；（2）电寿命试验；（3）起动器和短路保护电器（SCPD）在交点处的协调配合试验抽样试验：指从一批电器产品中随机抽取若干个电器产品所进行的试验。适应范围：试验工作量很大的项目、或对产品具有破坏性的试验项目。包括：（1）动作条件及动作范围的验证；（2）介电性能试验；（3）特殊试验中的机械寿命试验及电寿命试验Ⅰ、概述断路器是保护电器：过载保护短路保护漏电保护保护电机过热保护线路短路保护人体触电保护电器在出厂前要进行保护特性的校验和测试1.05In/2小时10In/0.2S30mA/即断Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术◆1.13/1.45In◆1小时快速等效◆2.55In◆10多秒◆合闸相位随机◆电流±20%新型瞬动源◆过零合闸◆≤3%一、新型恒流源技术要解决的关键技术：稳定、快速、可控的恒流技术Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术1、过载（延时）检测恒流源整流市电直流逆变脉冲滤波交流恒流输出脉宽调制Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术（1）单相过载恒流源原理Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术主要技术指标电流稳定时间不大于0.2S；精度高：1%；波形失真度低：THD≤3%；电能转换效率高：≥90%；Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术真有效值测量负载特性检测恒流算法电流锁相控制PWM合成PWM合成PWM合成功率输出模块功率输出模块功率输出模块电流互感器电流互感器电流互感器（2）三相恒流源原理ABCⅡ、低压电器制造业智能检测装备关键技术智能恒流源系列程控恒流源600W~恒流源20KW恒流模块Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术传统（电工式）断路器瞬时特性测试系统原理10In±20%2、短路（瞬时）保护特性测试原理12In动作8In不动作Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术2、短路（瞬时）保护特性测试原理新型瞬动源◆过零合闸◆≤3%上限电流（≤3%）过零启动合格判定脱扣电流瞬时源上限电流（≤3%）脱扣时间Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术IGBT模块电流互感器核心控制模块模块智能正弦波调制模块上位机设置输出电流设置输出时间升流变压器整流滤波电压输出电流输出电流采样485通讯试品380V±10%三相四线直流输出（1）瞬时电流源原理框图Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术（2）特点:1:可在第一个输出周波达到预设的电流;2:输出电流误差±3%;3:可设置输出电流,高倍电流,低倍电流,以及对应的周波数;4:输出功率可达15KW或更高;5:欠压,过热,过流等保护.Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术3、漏电保护特性测试原理线性递增模式恒流输出模式精密恒流电源动作时间动作电流电流：2mA-2A系统误差≤2%Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术二、智能装备通信技术监控设备1设备2设备3设备4通信技术通信：有线、无线、因特网Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术1、Modbus：1978年由Modicon公司（施耐德电气一个品牌）提出，是全球第一个用于工业现场的总线协议。物理层采用RS－485、RS－422接口，采用请求/应答的主/从（单主机）方式。主站从站从站从站Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术单播模式广播模式Modbus帧Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术主站1主站2主站3从站1从站2从站3从站4从站5从站6令牌环2、Profibus-DP:是德国国家标准DIN19245现场总线。国际公认的现场总线标准，用于分散外设的高速数据传送。RS-485接口。允许组成单主站和多主站系统。Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术国际互联网-以太网（802.3）以太网（商用以太网）：应用广泛遍布全球技术成熟能否引入到工业控制系统？工业以太网Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术工业以太网与商用以太网的区别商用以太网工业以太网措施环境常温、少尘、少干扰温度、湿度、灰尘、干扰等环境恶劣布线、设备按工业要求性能数据量大、实时性低数据量小、实时性高、高可靠性冗余（双备份）、宽带、交换机、控制流量（35%）Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术工业以太网有许多种类，国际电工委员会的IEC61158标准定义了多种工业以太网，如EPA实时以太网、ProfiNet实时以太网等。1998年施耐德公司提出ModbusTCP，是第一家采用TCP/IP以太网用于工业自动化领域的标准协议，施耐德公司已经为ModbusTCP注册了502端口，是至今唯一获得IANA(互联网数字分配机构)赋予TCP端口的自动化通信协议。Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术ModbusTCP在以太网上传输Modbus→ModbusTCP其它现场总路线→ModbusTCP高速以太网适配器低压智能电器现场总线适配器低压智能电器现场总线适配器低压智能电器现场总线适配器低压智能电器现场总线上位机路由器信息网以太网交换机3、ModbusTCPⅡ、低压电器制造业智能检测装备关键技术将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使其成为工业以太网应用层协议，在以太网上传输。Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术国内北京国内北京国内国际国际美国国内国际美国国际国内北京国际美国Modbus→ModbusTCP其它→ModbusTCP货物运输货物运输Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术Modbus→ModbusTCP国内北京国内北京国内国际国际美国海关网关（适配器）ARM芯片ModbusModbusTCPIEEE802.3适配器Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术4、ZigBee和WiFy无线协议：ZigBee技术是一种短距离无线通信技术，使用频段2.4GHz，数据传输速率最高为250Kb/s。ZigBeeCoordinatorZigBeeEndDeviceZigBeeCoordinatorZigBeeEndDeviceZigBeeRouterZigBeeRouterZigBeeRouterZigBeeRouterZigBeeRouterZigBeeCoordinatorZigBeeEndDeviceZigBeeRouterZigBeeRouterZigBeeRouterZigBeeRouter星型网络树型网络网状网络协调器(Coordinator)路由器(Router)终端节点(EndDevice)Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术高速以太网适配器低压智能电器现场总线适配器低压智能电器现场总线适配器低压智能电器现场总线适配器低压智能电器现场总线上位机路由器信息网以太网交换机多协议融合通信系统Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术二、开关电器动态冲击力检测新方法1、冲击力检测的意义空气间隙动铁芯静铁芯动触头静触头冲击力传感器接触器电磁系统电器电接触系统冲击力是影响工业开关电器动态闭合性能的重要参数，对其在频繁闭合过程中的稳定性、可靠性和使用寿命影响重大。开关电器闭合过程中冲击力大小的测量，面临两个方面的难点问题：a)空间狭小；b)高耐冲击能力。动能法是一种以运动速度为基准的间接测量法，只能以速度大小间接反映电器碰撞冲击程度，无法直接给出冲击值。该方法严重依赖运动部件速度的测量精度目前在工业开关电器碰撞冲击检测中，通常采用两种方法对其冲击程度进行测量,动能法和冲击力传感器。Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术需要假设冲击波在被测介质中的传播损耗忽略不计。传感器体积限制，无法测量狭窄空间内触头碰撞产生的冲击力，也无法测量触头或者铁心界面处吸持力的大小。Ⅱ、低压电器制造业智能检测装备关键技术第二种是基于冲击力传感器的间接测量法。将普通冲击力传感器置于被碰撞铁芯的底部，当动铁芯撞击静铁芯时，冲击力通过钢体直接传递给底部，进而通过底部的冲击力传感器对冲击效果进行测量。2、Galfenol合金智能材料外部冲击力电信号传感检测