侯銳 徐偉 苗振林 許晶

摘 ? 要：隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力設(shè)備規(guī)模的增大，電力部門(mén)對(duì)設(shè)備的管理要求也越來(lái)越高，要求電力標(biāo)示標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，這對(duì)標(biāo)示裁切工具和方法提出了更為嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的裁剪方法是采用裁剪刀手工裁切，速度慢，效率低，且規(guī)范化程度不高。本文研制了一種基于智能控制的電力標(biāo)示裁切裝置，實(shí)踐證明該裝置裁切速度快，效率高，能夠批量裁出規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的電力標(biāo)示。

關(guān)鍵詞：電力標(biāo)示 ?裁切工具 ?智能控制

中圖分類號(hào)：TM75 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（b）-0123-03

在電力生產(chǎn)系統(tǒng)中，每條電力線路、每臺(tái)電力設(shè)備都具有表征其屬性的電力標(biāo)示，電力標(biāo)示具有唯一性。電力標(biāo)示直接標(biāo)明了電力設(shè)備的名稱、位置、所屬主干線或分支線。此外，通過(guò)標(biāo)示內(nèi)容還可顯示所在電力設(shè)備的前端和后端設(shè)備屬性及線路的走向。電力標(biāo)示的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是電力企業(yè)運(yùn)行管理設(shè)備，執(zhí)行計(jì)劃?rùn)z修工作、非計(jì)劃搶修工作的可靠保障。因此，電力標(biāo)示在電力系統(tǒng)中具有重要作用。

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力設(shè)備規(guī)模也越來(lái)越大，電力部門(mén)對(duì)設(shè)備的管理要求也越來(lái)越高，要求電力標(biāo)示粘貼位置規(guī)范化，標(biāo)示尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，這無(wú)疑對(duì)標(biāo)示裁切工作提出了更為嚴(yán)格的要求。隨著新增設(shè)備數(shù)量不斷增大，老舊設(shè)備的改接更換，電力標(biāo)示的需求量也越來(lái)越大，標(biāo)示的裁切已成為一項(xiàng)繁重的工作。普通的標(biāo)示裁剪方法是采用裁剪刀手工裁切，如圖1所示。手工裁剪刀一般為單刀切割，標(biāo)示的縱向、橫向不能同時(shí)裁切，一張規(guī)范標(biāo)示需手工操作四次方可裁出。手工裁切不僅速度慢、占用了一線生產(chǎn)人員的人力資源，增加了時(shí)間和勞動(dòng)力成本，而且還會(huì)導(dǎo)致標(biāo)示規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化程度降低[1]。

本文在分析了普通手工標(biāo)示裁切流程的基礎(chǔ)上，研制了一種電動(dòng)、智能的電力標(biāo)示裁切工具。該智能裁切裝置設(shè)有雙向多面切刀，全自動(dòng)化操作流程，一次即可裁出滿足要求的電力標(biāo)示，極大的壓縮了工作人員的時(shí)間成本和勞動(dòng)力成本，提高了效率。

1 ?智能裁切裝置的工作原理

1.1 裁切裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能裁切裝置主要由裝置本體、雙電機(jī)、位置檢測(cè)模塊、切割模塊、控制系統(tǒng)、顯示通信模塊及電源模塊組成。

其中控制系統(tǒng)包括主控制模塊、數(shù)據(jù)采集、驅(qū)動(dòng)單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)調(diào)理單元、外控單元、顯示單元，各控制單元互相配合控制電力標(biāo)示的批量切割。裁切裝置的整體框圖如圖2所示。

1.2 裝置的關(guān)鍵部件及功能原理

（1）切割模塊。

智能裁切裝置的切割模塊采用雙刀切割，分為橫刀和直刀，橫刀裁切電力標(biāo)示的Y軸，直刀切割標(biāo)示的X軸。其中橫刀采用滾輪設(shè)計(jì)，輪邊開(kāi)有刀刃，滾輪通過(guò)帶有齒輪的連接柱套在滑桿上，可滑動(dòng)。裝置設(shè)有多面直刀，可同時(shí)完成多列、多行的標(biāo)示的裁切。和直刀配合工作的還有兩滾輪，分別控制標(biāo)示進(jìn)給的速度和傳動(dòng)方向[2]。

（2）控制模塊。

控制系統(tǒng)是裝置的控制中樞，其主要功能是：讀取標(biāo)示位置，對(duì)控制信號(hào)實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理，控制直流驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)X、Y軸的控制;和外控單元通訊，外控單元是LED數(shù)據(jù)輸入顯示端，顯示裁切標(biāo)示尺寸，并通過(guò)串行通信將所需標(biāo)示尺寸下發(fā)至控制模塊;此外，控制模塊還接收攝像頭檢測(cè)信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裁切裝置的狀態(tài)以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性。

（3）位置檢測(cè)模塊。

位置檢測(cè)模塊由攝像頭及其附屬系統(tǒng)組成，用于校正切割誤差。如圖3所示。A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊則是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制器可處理的數(shù)字信號(hào)。電源模塊采用AV220V輸入、DC24V輸出的開(kāi)關(guān)電源，為系統(tǒng)提供直流電源。

（4）電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊。

電機(jī)是整個(gè)裝置的主要執(zhí)行部件，包括步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，與其配套的驅(qū)動(dòng)器、雙向切刀一并構(gòu)成執(zhí)行部件?？刂葡到y(tǒng)下發(fā)控制命令，使直流電機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫刀，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)標(biāo)示勻速進(jìn)給至直刀，完成切割[3]。

2 ?裁切裝置的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理設(shè)計(jì)及通訊傳輸?shù)取?/p>

（1）系統(tǒng)主控程序。

系統(tǒng)主控程序的功能包括上電復(fù)位、初始裁切位置設(shè)定。自動(dòng)控制即各模塊的自動(dòng)化流程，主要包括雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、連續(xù)切割程序、位置檢測(cè)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、切割偏差自糾程序等。其軟件系統(tǒng)控制框圖如圖3所示。

（2）控制流程。

控制器在上電復(fù)位完成系統(tǒng)的初始化后，控制模塊與外控單元進(jìn)行串行通信，接收包含標(biāo)示裁切尺寸的外控信息，外控?cái)?shù)據(jù)由用戶手動(dòng)設(shè)置，并經(jīng)LED實(shí)時(shí)顯示?？刂颇K根據(jù)外控單元輸入的標(biāo)示數(shù)據(jù)生成驅(qū)動(dòng)指令，下發(fā)至驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊將指令變換成可執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而控制雙刀切割。

（3）檢測(cè)流程。

檢測(cè)模塊是將攝像頭作為核心部件，通過(guò)距離和邊緣檢測(cè)算法對(duì)裁切的電力標(biāo)示進(jìn)行監(jiān)督反饋，并及時(shí)地對(duì)誤差進(jìn)行校正。檢測(cè)時(shí)完成標(biāo)示位置信號(hào)的循環(huán)掃描，將檢測(cè)到裁切信息時(shí)時(shí)上傳，經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理后輸入控制模塊，控制模塊對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷，如果出現(xiàn)偏差超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的閾值，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成調(diào)節(jié)指令消除偏差[4]。

3 ?裁切裝置的工作過(guò)程

裝置上電后，自動(dòng)復(fù)位，系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)。工作人員通過(guò)外控單元輸入標(biāo)示裁切尺寸后，按開(kāi)始鍵，滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，裝置進(jìn)入裁切狀態(tài)，裁切示意圖如圖4所示。

控制系統(tǒng)根據(jù)裁切尺寸生成指令控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)履帶，履帶通過(guò)齒輪帶動(dòng)橫刀轉(zhuǎn)動(dòng)完成電力標(biāo)示縱向裁切。標(biāo)示橫向切割由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)模塊中的傳動(dòng)滾輪，控制標(biāo)示勻速進(jìn)給。在直刀和方向滾軸的間距小于標(biāo)示厚度，標(biāo)示經(jīng)滾軸傳動(dòng)，在通過(guò)直刀和滾軸的間距時(shí)，會(huì)受到傳動(dòng)力和直刀的雙力作用而完成分割。該受力間距的大小反應(yīng)了標(biāo)示所受壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力間距的大小可調(diào)節(jié)標(biāo)示的切割程度，既可全部切斷標(biāo)示，也可留底紙切割[5]。

智能裁切裝置的控制原理框圖如圖5所示，圖中Lref表示外控單元輸入的標(biāo)示尺寸，即給定值，L表示時(shí)時(shí)檢測(cè)值，|△L|表示尺寸偏差。電力標(biāo)示的目標(biāo)尺寸在裝置上電后人工設(shè)定，在切割過(guò)程中，位置檢測(cè)模塊時(shí)時(shí)檢測(cè)標(biāo)識(shí)尺寸，檢測(cè)值和給定值進(jìn)行比較，得出尺寸偏差，經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)理后反饋至控制系統(tǒng)?？刂破鲗⒉钪蹬c系統(tǒng)設(shè)定的門(mén)限值比較，進(jìn)而生成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)指令，以調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，校正切割誤差，使裝置裁切出符合標(biāo)準(zhǔn)的電力標(biāo)示。

4 ?裁切裝置的安全性設(shè)計(jì)

為了最大限度的保證裝置的安全性，設(shè)計(jì)和操作裝置要遵循以下規(guī)則，做到設(shè)備本質(zhì)安全、操作規(guī)范化。

（1）裝置外殼須設(shè)有接地裝置，轉(zhuǎn)移外殼電荷，防止帶電傷人。操作人員一定要先將接地裝置可靠接地后，方可接通電源接觸設(shè)備。

（2）檢測(cè)到?jīng)]有標(biāo)示，則停止進(jìn)給傳動(dòng)，并發(fā)出提示音，提醒工作人員進(jìn)行下一步處理，放入標(biāo)示繼續(xù)裁切或停機(jī)，停機(jī)后須切斷電源。

（3）直刀前端滾軸處設(shè)有毛刷，及時(shí)清除殘留的碎屑和滾軸上的劃痕，裝置工作過(guò)程禁止檢查切刀，禁止用手移除碎屑。

（4）首次使用該裝置的工作人員，在操作前要由專業(yè)人員講解技術(shù)、安全要點(diǎn)。

5 ?裁切裝置的應(yīng)用效果

電力標(biāo)示智能裁切裝置實(shí)物如圖6所示，證明該裝置機(jī)體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、噪音小、智能化操作，能夠批量裁出規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的電力標(biāo)示。為實(shí)現(xiàn)電力標(biāo)示的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化奠定了基礎(chǔ)。裝置實(shí)際裁切效果如圖4所示。

表1是傳統(tǒng)的裁切刀切割速率統(tǒng)計(jì)，表2是智能裁切裝置的切割速率統(tǒng)計(jì)，通過(guò)對(duì)比表明，智能裁切裝置的裁切速度更快塊，極大提高了工作效率，壓縮了一線生產(chǎn)人員的人力成本和時(shí)間成本。裝置采用雙刀片式分割技術(shù)，一面橫刀，多面直刀。直刀片可自由調(diào)整距離，可以切割不同寬度的標(biāo)示。切刀的壓力亦可自由調(diào)節(jié)，既可全部切斷，也可留底紙切割?？捎糜诟鞣N尺寸、材質(zhì)的電力標(biāo)示切割，還可推廣至其它行業(yè)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

6 ?結(jié)語(yǔ)

裁切裝置以智能芯片為核心，控制系統(tǒng)集成化，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，裝置模塊化，壓縮了裝置的體積，使裝置輕便。通過(guò)智能芯片集中自動(dòng)控制橫向、縱向電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，該裝置可批量切割不同尺寸、不同硬度的標(biāo)示，節(jié)約了成本，提高了效率。該裝置投入使用有利于電力設(shè)備的規(guī)范化運(yùn)行管理，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電力標(biāo)示標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有較高的實(shí)用價(jià)值，還可推廣應(yīng)用于其他行業(yè)，不僅具有較高的濟(jì)效益，同時(shí)有利于電網(wǎng)品牌的建設(shè)。

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