电动扳手智能控制系统革新 CNR225-2707

这个项目要解决什么背景问题？

配网不停电作业中，紧固螺栓是高频且重复性强的操作环节。传统作业方式依赖人工手持电动扳手，操作人员需凭经验控制力矩，长时间作业易疲劳，导致力矩输出一致性差、工作效率低。随着带电作业规模扩大，人工操作已难以满足安全与质量要求。

电动扳手作为紧固辅助作业的关键设备，其控制精度直接影响作业质量。现有扳手多采用简单通断控制，电机启动电流冲击大，力矩调节依赖机械结构，缺乏对电流与扭矩的实时闭环调节能力。在配网带电作业场景下，这种控制方式容易造成螺栓过紧或欠紧，增加后续检修风险。

针对上述问题，本项目研发了电动扳手智能控制系统，通过电流传感与可控硅控制技术，实现力矩的精准输出与电机平稳启动，有效提升了带电作业的自动化水平与作业安全性。

现场存在哪些具体问题？

• 劳动强度大：操作人员需长时间手持扳手作业，重复性动作多，体力消耗明显，易因疲劳导致操作失误。
• 工作效率低：人工控制力矩需反复调整，单次紧固耗时长，整体作业进度受人员状态影响较大。
• 力矩输出不稳定：传统扳手缺乏实时反馈机制，力矩大小依赖操作手感，不同人员作业结果差异明显。
• 电机启动冲击大：直接启动方式导致电流突变，机械冲击明显，影响工具寿命与作业安全。
• 缺乏闭环控制：现有设备无法根据扭矩信号自动调节转速与电流，难以适应不同规格螺栓的紧固要求。

本项目的创新目标是什么？

本项目旨在研发一套电动扳手智能控制系统，通过集成电流传感器、精密整流、无源滤波、运算放大及可控硅控制等技术，实现对电机电流的精准测量与平稳调节，确保扳手力矩输出准确可靠。同时，系统需具备软启动功能与扭矩闭环控制能力，以替代人工操作，降低劳动强度，提升配网不停电作业的效率与安全性。

技术方案如何实现？

系统结构上，电流传感器实时感应电机电流，通过隔直电路与串联大电阻将电流信号转换为可测量的电压信号。该信号经精密整流与无源滤波处理后，得到稳定的直流电压信号，再送入运算放大器进行负反馈放大，满足微型控制芯片的测量要求。控制核心根据电网波形频率与周期，精确控制可控硅导通时间，实现电流从零至设定值的平稳过渡。

操作流程方面，系统上电后首先进行自检，确认传感器与执行机构状态正常。作业时，操作人员设定目标力矩值，系统调用软启动函数，控制可控硅逐步增加导通角，使电机平稳启动。运行过程中，力矩传感器与数据采集系统实时监测扭矩信号，微型控制芯片将实测值与设定值比较，通过闭环算法调节可控硅导通时间，动态修正电机电流，直至扭矩达到设定阈值后自动停止。

当电流超过预设阈值时，系统自动触发保护逻辑，限制电流进一步上升，避免电机过载。整个控制过程无需人工干预，实现了从启动到紧固完成的自动化操作。

创新亮点有哪些？

• 电流精准测量：采用电流传感器与精密整流滤波电路，将电机电流转换为稳定电压信号，为控制芯片提供可靠输入。
• 软启动控制：根据电网波形频率与周期调节可控硅导通时间，实现电流平稳过渡，明显降低启动冲击。
• 扭矩闭环调节：集成力矩传感器与数据采集系统，实时反馈扭矩信号，通过闭环算法精确控制扳手输出。
• 自动化替代人工：系统自动完成力矩设定、启动、调节与停止，减少人工操作环节，降低劳动强度。
• 过流保护机制：当电流超过预设阈值时自动调用软启动函数，确保电机在异常工况下平稳运行。

落地应用效果如何？

该系统已完成实验室环境验证，具备实际应用基础。在模拟配网不停电作业场景中，系统能够稳定输出设定力矩，电机启动平稳，未出现明显电流冲击。操作人员仅需设定参数即可完成紧固作业，单次操作时间较传统方式大幅缩短，力矩一致性显著提高。

随着智能电网建设推进与带电作业需求增长，该成果具备良好的产业化前景。产业单位转化后，可有效提升作业效率与安全性，通过提供智能化解决方案赢得市场认可，实现经济效益与社会效益的双重提升。

产出物：电动扳手智能控制系统样机、控制算法软件、实验室验证报告。

适用场景：配网不停电作业中的螺栓紧固操作，尤其适用于对力矩一致性要求较高的场合。

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常见问题

Q：该系统是否适用于不同规格的螺栓？

A：系统支持力矩设定值调整，可根据螺栓规格设定目标扭矩，闭环控制算法自动适配不同紧固要求。

Q：软启动功能如何避免电机过载？

A：系统实时监测电流，当电流超过预设阈值时自动调用软启动函数，限制电流上升速率，确保电机平稳运行。

Q：该系统是否已投入实际应用？

A：目前已完成实验室环境验证，具备实际应用基础，后续将结合产业单位进行现场试点与推广。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。