面向智能理收线的线材打包器设计及应用_王征迪.pdf

/面向智能理收线的线材打包器设计及应用王征迪黄磊吴建光（广东电网有限责任公司肇庆供电局）摘要：针对目前测试线收纳整理的难题，设计一种支持多场景的智能线材打包器，主要由线盘、绕线电机（主）、夹紧电机（次）、调速器、控制面板等构成。其主电机采用双无刷电机精准控制、次电机可通过线夹控制旋钮调整夹紧程度，能用于多种线材的理线及收线。配合电机控制卷线及线材的夹紧，实现便捷快速的线材收纳，同时不会对线材造成损伤，降低测试线损坏率，方便实用。关键词：测试线；智能理收线；打包器；技术方案 引言电力系统中经常需要对各种设备进行检测，根据不同的检测项目，往往需要使用多条不同规格与长度测试线。由于日常对于测试线的存放与收纳并没有专门的系统，现场杂乱无章的测试线只能堆放在箱子中或使用简单的卷线盘，无法满足多场景多测试线的快捷省时使用需求，使用时也需要耗费大量时间整理。如何调整理收线模式，实现智能自动卷线，已经成为测试线收纳技改的关键。问题分析为保障电力系统安全、可靠、稳定运行，在电力运维管理工作开展时经常需要进行现场检测。上述过程中往往利用大量测试线进行电力信号采集、用电信息传输等，其规格尺寸、长度数量等存在较大差异，仅通过人工收线很容易造成测试线收纳混乱。同时，对于特殊型号的测试线，手动理收线操作难度较大、卷线不够平整，可能会对测试线性能造成一定的影响。以某公司现场测试工作为例，在继电保护监测、电气试验检测过程中均使用电气测试线，其连接方便、接触电阻小、绝缘性能好，可有效提升检测的准确性、可靠性和有效性，适用场景较广。上述测试线质地较为柔软且机械强度差，在理收线过程中很容易造成绝缘护套受损，其主要表现在以下两个方面：）本公司测试线收纳过程中短线直接经手工盘线处理。检测人员在测试线使用完毕后，或手工将其折叠存放，或直接乱扔乱放，很容易造成测试线在乱折乱扔时绝缘护套损伤、测试线芯断裂，进而导致测试信号断续、甚至无测试信号等问题。这对检测数据造成一定的影响，埋下安全隐患，在电力运维管理过程中需全面重视。）长线主要使用线盘收纳，其操作过程中可通过人工摇动理线器上的把手进行卷放线，操作非常便捷。但在收线过程中线盘并未设置紧线装置，无法控制紧线力度，很容易出现由力度过大造成的测试线拉长和护套线芯损伤问题，或紧线不足造成的测试线松散套接，影响测试线收纳美观性。同样，在放线过程中线盘线路过于松散套接容易引起放线打结，人员需要手动逐一理线才能顺利使用，加大现场检测工作量。以上环节操作工序较为复杂，耗费时间过长，且可能引起测试线损伤。一旦测试线损坏，还需进行替换，特别是有特殊的原厂配套的测试线需找回原厂重新采购，带来一定的经济损失。因此，对于测试线的保存与收纳必须谨慎处理，尽量用智能工器具代替人工理收线，使其既达到线材打包卷线的效果，又不会对测试线产生损伤。技术方案.设计要点为解决本公司测试线收纳过程中存在的各项问题，研发人员设计一种支持多场景的智能线材打包器，可适用多种线材的理线及收线，其技术关键在于：）普适性。创新采用一机多线材的收纳模式，能支持多场景的多线材收纳；）安全性。采用双无刷电机精准控制，控制绕线轮转动达到线材打包卷线及控制线材夹紧程度，可根据不同线材尺寸夹紧固定线材，不会夹伤线材；）便捷性。造型小巧轻便，方便收纳携带。电气技术与经济 产品与解决方案 /.系统结构本次设计的智能线材打包器主要由线盘、绕线电机（主）、夹紧电机（次）、调速器、可调线夹、线夹控制旋钮、控制面板及电源开关构成。其中，卷线部分采用双无刷电机精准控制，主电机控制绕线轮转动，达到线材打包卷线目的；夹紧部分采用自动馈线 手动模式，可根据不同线材尺寸夹紧固定线材，调整次电机中的 参数，使其能够保持有效夹紧且不会损伤线路，如图 所示。图 一种支持多场景的智能线材打包器）电源。选用 直流稳压电源，与绕线电机、夹紧电机的电源等级一致。）线盘。为双圆盘工字型结构，中间线轴及两侧圆盘均清洁光滑，材质达标。线轴外侧与轮盘通过可调节旋钮固定，可通过旋进 旋出控制线盘的位置，使其满足不同长度规格的测试线收纳需求。）绕线电机（主）及调速器。选用双无刷电机，通过四个螺栓将电机固定在线材打包器的支架座上，卷轴与线盘固定。绕线电机带电后可沿顺 逆时针方向收 放线。为提升保证绕线效果，本次选用的直流电机中配置调速器，可依照绕线要求调整转轮速度，达到慢速、原速或快速理收线效果。）夹紧电机（次）及控制旋钮。在智能线材打包器支架座中内置，外接可调线夹，可通过线夹控制旋钮使夹紧电机旋转到指定位置，从而保证卷线过程中线材不会松动跑线。）可调线夹。由两根带护套的夹具通过可调节栓扣相连。护套采用柔性材质的橡胶，耐磨性能良好，使用寿命较长，可满足智能线材打包器中的多次长久使用需求。）控制面板。可通过调整控制器的参数进行手动夹紧和自动夹紧切换，其中手动夹紧主要通过线夹控制旋钮实现，自动夹紧时按照内置电机的馈线闭环自动调节 参数，从而保证测试线的夹紧效果。同时，该面板中还可直接显示调速器参数和线夹控制旋钮力度，用于线路收纳参考。.功能优化（）绕线电机调速控制本次设计支持多场景的智能线材打包器在设计的过程中依照测试线材质规格的不同，一般线路长、线径粗、材质软时可以选用快速卷线方式，其收纳效果更加理想。而线路短、线径细、材质硬时若速度较快，很容易造成测试线断裂，为此尽量选好用慢速收纳。除此之外，还可按照实际情况选择原速（中速）收线。上述过程均通过打包器底座上的调速器实现，直接旋转调速器的位置，确定不同档位即可。该装置中共设计慢速 个档位、快速 个档位和中速 个档位，基本满足本公司各类电气测试线的收纳要求，适用范围较广、使用效果显著。（）张力调节卷绕控制支持多场景的智能线材打包器在设计过程中主要利用驱动控制技术进行夹紧电机的调整。在驱动电路设计过程中可依照电流环情况，在控制面板中直接输入参数，其参数可调范围较广，适用于不同规格尺寸的测试线收纳，功能原理如图 所示。图 张力调节卷绕控制原理电气技术与经济 产品与解决方案 /）人为设置张力给定电压值。此时，若理收线张力小于给定值时，夹紧电机将缓慢运转使张力持续上升，直至达到设定值。上述过程中夹紧电机中的电流逐渐增大，速度调节器检测到信号后通过馈线调整，使直流电机最终达到平稳状态。）自动设置张力给定电压值。该环节中主要由前馈 闭环反馈控制策略实现。在系统运行过程中可以增设线径感应器，于前馈单元中将线材直径与所需的夹紧给定值按照算法一一对应。此时，在获取线径感应数值后，前馈单元中可自动生成夹紧给定值，将其输入到 闭环反馈系统中，从而使直流电机速度不断调整，直至达到平稳状态。（）一步到位卷绕操作本次设计的支持多场景的智能线材打包器支持自动 手动操作两种模式。）手动操作。首先将测试线经可调线夹穿至线盘上。然后，通过线夹控制旋钮设定线夹夹紧程度，一般多手动抽拉测试线，当测试线不跑线且容易抽拉时即可。此时，将测试线固定在线盘上，按照本次理收线要求调整调速器，控制测试线收纳的速度。以上操作完成后，可按下电源开关，智能线材打包器运行，将线材平稳卷至线盘中。为保证卷线的美观效果，上述过程中可通过手动调整可调线夹中测试线的位置，使线盘中的线路均匀收纳，操作非常便捷。）自动操作。该过程中的主要操作与手动方式基本一致。但在线夹控制力度调整的过程中，需在控制面板中输入本次测试线的规格尺寸。操作时应先进入控制面板中的线夹控制界面，然后在线夹参数中输入线缆规格型号。输入完毕后按下确认键。此时，控制面板中的参数将作为张力调节的给定值，由 自动调节器按照数值差异情况馈线调节，避免手动调线过程中反复测试的情况，耗时更短。效益评估.应用效益将支持多场景的智能线材打包器投入使用后不仅能有效减少人工理收线耗时，同时还可避免人工操作中的线路损伤，实用价值和经济效益显著。在实用价值方面，经现场测试应用该智能线材打包器可将本公司原本几十分钟的测试线理收线工作缩短到 内，现场测试的百余种不同规格测试线收纳的平均耗时仅为 次。而在理收线效果检查过程中发现，本次实验所用的测试线经智能线材打包器收纳后均未出现任何损伤，所有线材经性能测试均确定性能良好，利用该工器具进行线材收纳满足安全性、可靠性需求。除此之外，测试线收纳完毕后线盘上的线路平整美观，理收线效果良好。在经济效益方面，人员使用智能线材打包器展开理收线操作过程中仅需穿线后设定参数或手动调整夹紧旋钮即可，非常简单，个人即可完成多批量、大数量的测试线收纳任务，降低了理收线环节的经济成本投入。.注意事项为进一步提升支持多场景的智能线材打包器的使用效果，在应用该装置的过程中必须严格依照操作规范，根据线材情况科学设置参数和调整旋钮位置。同时，还要做好智能线材打包器的定期养护，对夹紧电机和卷线电机的使用情况进行检查，按照运行性能进行润滑和保养。智能线材打包器控制面板中的按键和调速器旋钮需定期测试其性能情况，对物资灰尘等进行清理。除此之外，可调线夹中的橡胶护套要定期进行更换，尤其是在破损后要及时处理，避免由上述装置问题造成的测试线损坏，从根本上提升支持多场景智能线材打包的安全性、可靠性、有效性和经济性。结束语本次研发的一种支持多场景的智能线材打包器，可满足多种线材的理线及收线，配合电机控制线材的夹紧程度，从而实现便捷快速的线材收纳，同时不会对线材造成损伤。该成果的研制与应用将能大大提高测试现场的工作效率，减少人手整理线材的时间，提高操作安全性与便捷性，从根本上改善测试线收纳效果，有助提升电力企业经济效益。参考文献 王伟.多用途高速收线装置的设计与应用 电力系统装备，（）：-.张萍.关于收线装置定位排线控制研究分析 建筑工程技术与设计，（）：.焦健.光纤救灾机器人收线装置设计研究 中国公共安全（学术版），（）：-.张浩，周潮.电缆设备收线装置卷绕控制的分析 环球市场，（）：.王健，金涛涛，张军，等.同步收放线装置的设计与实现 科学技术与工程，（）：-.容荣协，郑和明，吴丽贞.一种散热性能良好的系留无人机线缆收放装置 电子机械工程，（）：-.林笑玫，刘奇聪，郑岳，等.基于实用新型线缆收纳装置技术的研究探讨 电力系统装备，（）：-.林强，巩子墨，季如佳，等.简易线材收纳装置的设计 机械工程师，（）：-.（收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 4）电气技术与经济 产品与解决方案