花 莊，吳玉梁，凌田揚(yáng)，吳良泉，蔡立棟

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0 引 言

輸電線路施工過程涉及多種不同類型的施工工藝，其中導(dǎo)地線的壓接是評(píng)估輸電線路施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是影響輸電線路后期運(yùn)行是否可靠的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的輸電線路導(dǎo)地線壓接工作量較大，由于是人工操作，在測(cè)量過程中可能會(huì)出現(xiàn)尺寸偏差問題。隨著現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制檢測(cè)技術(shù)可以應(yīng)用于導(dǎo)地線壓接控制裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)[1]。通過壓接一體裝置的設(shè)計(jì)，可以將導(dǎo)地線的壓接過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，確保壓接質(zhì)量，保證線路安全可靠運(yùn)行。

1 導(dǎo)地線自動(dòng)壓接及檢測(cè)控制裝置應(yīng)用的必要性

在實(shí)際輸電線路導(dǎo)地線施工中，常用的施工方法有液壓連接施工、爆破壓接施工以及機(jī)械鉗壓施工等。這些施工方式在目前的輸電線路導(dǎo)地線壓接中得到了廣泛應(yīng)用，但是相對(duì)傳統(tǒng)。這些輸電線路導(dǎo)地線壓接過程的施工需要2人配合進(jìn)行，涉及導(dǎo)地線劃印、外層導(dǎo)線剝削、更換磨具、液壓區(qū)控制以及液壓值控制等操作[2,3]。由于操作程序較為煩瑣、復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)壓接過程的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工。本文針對(duì)傳統(tǒng)人工壓接管存在的錯(cuò)壓不壓區(qū)、鋼錨彎曲、鋼錨壓接尺寸不足、鋼錨尺寸超標(biāo)以及壓力不滿足等問題，研究開發(fā)了1種導(dǎo)地線壓接校正及壓力檢測(cè)控制裝置，可以解決輸電線路導(dǎo)地線壓接施工時(shí)間長(zhǎng)、效果不佳、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、需要反復(fù)壓接校正等問題。

2 導(dǎo)地線自動(dòng)壓接及檢測(cè)控制裝置分析

2.1 導(dǎo)地線自動(dòng)壓接的基本原理

為了實(shí)現(xiàn)輸電線路導(dǎo)地線的自動(dòng)壓接，可以采取單片機(jī)控制技術(shù)。首先，壓接操作人員在上位機(jī)的監(jiān)控畫面設(shè)置壓接直徑和移動(dòng)次數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。其次，將設(shè)置完畢的參數(shù)發(fā)送到下位機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。最后，步進(jìn)電機(jī)接收到指令后，推動(dòng)壓鉗按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行移動(dòng)，待達(dá)到設(shè)定的位置后，開始自動(dòng)壓接。要關(guān)注壓接過程中的數(shù)據(jù)變化情況，也可以發(fā)送給操作人員查看，以更好地監(jiān)控壓接過程質(zhì)量。

2.2 導(dǎo)地線自動(dòng)壓接及檢測(cè)控制裝置中壓接尺寸測(cè)量技術(shù)

在導(dǎo)地線自動(dòng)壓接過程中，如果操作人員操作不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致壓接在尺寸上出現(xiàn)誤差，影響導(dǎo)地線的壓接質(zhì)量，因此需要準(zhǔn)確測(cè)量具體的壓接尺寸[4]。X射線成像技術(shù)在實(shí)際工業(yè)中應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，且在長(zhǎng)期應(yīng)用過程中積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)精度較高，可以用于導(dǎo)地線壓接尺寸的檢測(cè)，檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 導(dǎo)地線壓接尺寸的檢測(cè)原理

從導(dǎo)地線壓接尺寸的檢測(cè)原理圖中可以看出，檢測(cè)主要由成像環(huán)節(jié)、圖像處理環(huán)節(jié)以及其他輔助設(shè)施組成。尺寸檢測(cè)工作站通過控制電纜和探測(cè)器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器數(shù)據(jù)的提取。

3 導(dǎo)地線自動(dòng)壓接裝置中的控制技術(shù)分析

3.1 壓力控制的原理

在輸電線路導(dǎo)地線的壓接過程中，壓接鉗的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，并且會(huì)影響導(dǎo)地線的壓接效果，因此有必要檢測(cè)壓接過程中的壓力和自動(dòng)化控制。對(duì)于壓接壓力的檢測(cè)，需要采用壓力變送器并將其設(shè)置在取壓口處，而取壓口可以設(shè)置在管道的側(cè)面。壓力變送器采用惠斯通電橋檢測(cè)原理，根據(jù)壓阻效應(yīng)產(chǎn)生差動(dòng)電壓信號(hào)，之后利用放大器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)[5,6]。采用單片機(jī)技術(shù)將采集的電壓信號(hào)輸入到單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，并輸出計(jì)算處理結(jié)果。圖2為導(dǎo)地線壓接過程中的壓力控制原理。

圖2 導(dǎo)地線壓接過程中的壓力控制原理

從圖2可以看出，液壓泵的開關(guān)可以控制電動(dòng)推桿。由于液壓泵與壓接鉗相互連接，當(dāng)導(dǎo)地線到達(dá)相應(yīng)位置后，利用單片機(jī)就可以控制液壓泵的開啟，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)地線的壓接。

3.2 控制算法的選擇及步進(jìn)電機(jī)的控制

在整個(gè)導(dǎo)地線壓接的壓力控制過程中，控制算法對(duì)于壓接壓力控制的效果具有直接影響，因此應(yīng)合理選擇控制算法，以便取得較好的壓力控制效果?？梢圆扇”壤?積分-導(dǎo)數(shù)（Proportion-Integral-Differential，PID）控制算法，通過比例、微分、積分等環(huán)節(jié)分析偏差量，合理控制輸出量，在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。

選好控制算法后，可以編寫程序來實(shí)現(xiàn)算法，并且將程序嵌入步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)地線壓接移動(dòng)的控制。在步進(jìn)電機(jī)中，電機(jī)系統(tǒng)需要和控制系統(tǒng)相互配合運(yùn)行，才能夠保證步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)功能得到正常發(fā)揮。驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)電機(jī)的關(guān)鍵組成部分，可以向電機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為角位移后就可以將控制命令下發(fā)到步進(jìn)電機(jī)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)[7]。因此，控制好步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的電流，使步進(jìn)電機(jī)保持平衡。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，停止的位置取決于單片機(jī)給電機(jī)的脈沖數(shù)和頻率值。旋轉(zhuǎn)的角度是按照一定的角度來運(yùn)行的，可以通過脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）來控制脈沖的個(gè)數(shù)從而控制角旋轉(zhuǎn)的位移，以達(dá)到準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)的目的。在速度選擇方面，可以通過脈沖頻率來加速或者減速電機(jī)的運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)值不受電壓大小、電流數(shù)值、溫度變化以及波形變化等因素限制[8,9]。雖然步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度會(huì)與理論存在誤差，但是每轉(zhuǎn)動(dòng)1圈產(chǎn)生的誤差不會(huì)累計(jì)。圖3為電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序流程。

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序流程

步進(jìn)電機(jī)會(huì)根據(jù)單片機(jī)發(fā)送的指令判斷是正傳還是反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度用PWM脈沖來確定。步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)是需要驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)殡娐分械碾娏饕草^小，步進(jìn)電機(jī)必須要有控制單元，所以需要采用驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行控制和處理。

本導(dǎo)地線自動(dòng)壓接及檢測(cè)控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序如下文所述。

3.3 導(dǎo)地線壓接質(zhì)量的檢測(cè)

在輸電線路導(dǎo)地線的壓接過程中，加強(qiáng)壓接質(zhì)量的檢測(cè)，對(duì)于確保導(dǎo)地線壓接完成質(zhì)量具有重要作用。具體的壓接過程可能會(huì)出現(xiàn)掉線情況，可以采取射線檢測(cè)方法，以圖像的方式展示壓接狀態(tài)，具體的檢測(cè)原理如圖4所示。

圖4 導(dǎo)地線壓接質(zhì)量的檢測(cè)

利用射線檢測(cè)導(dǎo)地線壓接質(zhì)量，在檢測(cè)過程中不會(huì)對(duì)導(dǎo)地線產(chǎn)生損傷，并且能夠節(jié)約成本[10]。從圖4可以看出，當(dāng)射線經(jīng)過導(dǎo)地線后，根據(jù)穿過區(qū)域的厚度和密度情況能夠辨別其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在瑕疵，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓接質(zhì)量的檢測(cè)。

4 結(jié) 論

隨著電力科技的發(fā)展，輸電線路施工中可以將先進(jìn)科技和傳統(tǒng)線路施工相結(jié)合，優(yōu)化和升級(jí)施工工藝技術(shù)，更好地滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)施工工藝的要求。本文對(duì)輸電線路導(dǎo)地線自動(dòng)壓接及檢測(cè)控制裝置進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以應(yīng)用于實(shí)際的輸電線路施工。