在现代工业生产中，电动葫芦、自动生产线及工地升降机等移动式用电设备得到广泛的应用。这些设备共同的特殊点在于，工作时需要不断地移动位置，而在不同位置需要随时获得动力电源，否则就无法继续移动和工作。这对它们提出了特殊的要求，即移动供电，由此，滑触式母线干线系统（以下简称滑触线）应运而生?；ハ咭蚓哂邪踩郧?、导电能力强和性能稳定等特点，成为移动式用电设备优选的供电方式[1-2]。

导轨耐磨性好、承压能力强以及集电器滑触机构稳定性好是确?；ハ呶榷ü┑绲那疤帷６曰ハ呒缙骰挡僮餍阅艿目己耸且恢钟行У难橹て兰凼侄?。因此，性能良好的滑触线集电器机械操作性能自动检测装置一直是低压电器检测工作者的研究目标。文献[3]设计了一种采用异步电动机驱动、齿轮齿条传动和传统电气控制箱控制的水平方向滑触线耐久性的检测装置。文献[4]设计了一种采用异步电机驱动、V 带和导轨传动以及普通电气控制的水平方向滑触线耐久性的检测装置。文献[5]设计了一种采用气缸驱动、活塞杆和导轨传动以及普通电气控制的水平方向滑触线寿命及性能的检测装置。

与此不同，本文综合考虑使用场合、**驱动、传动和控制以及交互方式等多种因素，设计研发出一种采用伺服电机驱动、同步带电动模组传动，利用可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）控制和触摸屏人机交互的、具有水平和垂直双方向滑触线机械操作性能的全自动检测装置[6-7]。

1 硬件设计

国家标准 GB/T 7251.6—2015《低压成套开关设备和控制设备 第 6 部分：母线干线系统（母线槽）》中 8.1.5 及 10.13 条关于滑触线集电器机械操作性能

试验的要求[8]如下：带有滑触式分接装置的母线干线系统应能够沿母线干线通道的导体来回移动10000 次，其滑触接触件应在电压下承载额定电流；分接装置的触轮滑动速度和滑动距离应与其设计使用条件一致，若触轮用于支撑一件工具或者其他机械负载，则应在试验时暂停其等效重量。因此，根据该要求并综合考虑滑触线使用场合、驱动和传动动力、控制和交互方式等多种因素，本文设计出符合设计使用要求的、可实现 3m 滑动距离（满足 1m和 2m 两种长度滑触线单元拼接后的检测）和 1.5m/s及以下滑动速度的滑触线集电器检测装置。整体硬件系统框架如图 1 所示。

从图 1 中可见，电源模块给人机交互?？楹涂刂颇？榈裙┑?，通过人机交互模块设置动作参数、运行模式、操作方法，并将其输入执行控制模块；执行控制模块再根据所设计的程序来分别控制驱动?？?、传动模块和限位?；つ？椋浜匣榧瓿苫挡僮餍阅艿募觳夤ぷ?。系统还设置了整个系统的急停?；つ？椋糜谝馔饨艏蓖５缰贫?；设置了垂直支撑和?；つ？?，用于可靠实现滑触线的垂直安装，保证集电器在垂直方向的安全滑动。

PLC 包含了逻辑控制、时序控制、模拟控制、通信等各类功能，在扩展性和可靠性方面的优势使其被广泛应用于各工业控制领域[9]。本装置的执行控制量包括滑动距离、滑动速度及检测模式等重要参数，因此采用带有 16 路输入/输出的 SamkoonFGs-32 系列 PLC，配套 Samkoon AK 系列基于Android 系统的触摸屏，处理器为 Cortex A8。结合图 1 所示的硬件系统框架图，利用三维机械设计软件 Solidworks 设计了检测装置的整体机械构架及硬件布置图，如图 2 所示。图 2 中的驱动、传动和限位?；?3 个核心模块的主要设备及配置如下所述。

1）驱动模块

驱动?？橛伤欧刂破?、伺服电机和减速器组成。定位时间短，可**完成对电动机速度控制、位置控制和转矩控制[10-11]。本装置采用了 MS1 系列的

伺服电机，额定功率为 400W，额定转速为 3000r/min，转矩为 1.27N·m。

2）传动?？?

传动?？椴捎萌獗招屯酱缍Ｗ?，传动效率高，运动速度快，长距离传动时稳定可靠。本装置的模组行程为 3.1m，节距为 162mm，重复定位精度为 0.05mm，*大传动速度为 1.6m/s。

3）限位保护?？?

限位?；つ？椴捎霉獾绱衅鱗12]，分辨率高，响应速度快。本装置的光电传感器检测宽度为 5mm（卡槽），输出方式为 PNP NO/NC。

2 软件设计

2.1 触摸屏控制系统的设计

根据硬件部分的设计结果，可以制定触摸屏控制系统部分，总体流程如下：①根据滑触线的安装方式确定运行模式（包括水平、垂直方向）；②将伺服回零定位，进行检测运行参数设置（包括距离、速度等）；③选择自动或手动执行方式并执行相应的程序。触摸屏控制系统的整体框架如图 3 所示。系统包含了模式选择、伺服回零、参数设置、操作方式选择等 4 个主要功能?？椤?

根据图 3 所示的触摸屏控制系统框架图，设计了触摸屏控制部分的整体操作界面，如图 4 所示。在图 4 中可见，在主界面有运行模式和操作方法的选择，有启动/停止按键以及实时数据、运行状态的显示，还有手动操作界面、参数设置界面和显示各控制点执行动作状态的拓展界面，实现了装置软件

的操作功能合理的整合和分类。所有这些功能操作均能在触摸屏上实现。

2.2 PLC 控制程序的设计

结合标准对滑触线集电器的检测要求和前文所述硬件以及触摸屏控制系统的设计结果，设计了PLC 自动控制程序流程图，如图 5 所示?？刂瞥绦蚍治阶刺痛怪弊刺?，控制程序总体可被划分为开始、运行和暂停/结束 3 个阶段。在运行阶段，除了滑动方向外，其余的整体控制程序流程基本一致；在开始阶段，除了检测安装平台是否到位外，两个状态的控制流程恰好是相反的；而在结束或暂停阶段，控制流程是基本一致的。

按照以上设计结果，搭建了滑触线集电器机械操作性能检测装置，已在水平、垂直方向分别进行了几千次运行，该装置展现出了良好的检测性能。此外，还考虑配置了各阶段的手动操作功能，用于自动循环检测前的安装调试。

3 结论

为了更好地考核滑触线集电器的稳定和耐磨等性能，本文设计了一种全自动的性能检测装置。在框架和流程设计中，分别对软、硬件及控制程序进行了详细分析：在硬件方面，采用高性能的伺服电机、同步带电动模组、光电传感器等作为核心部件；在软件方面，配合触摸屏设计了友好的人机交互操作界面，并将软件功能在界面上进行了合理的归类和整合；在控制方面，采用扩展性及可靠性良好的PLC，实现了对装置的整体控制。