CN203199818U - 电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地下管道检测设备自动化控制装置，具体的说是电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，包括控制器、压力传感器、爬行器、单片机、电机和绕线盘，所述控制器与电源相连，还包括电动电缆盘和爬行器，所述电动电缆盘内绕有线缆，所述电动电缆盘用于控制所述线缆的动作，所述控制器与所述爬行器通过所述线缆相连，所述电动电缆盘位于所述控制器和所述爬行器之间。在所述爬行器爬行时，使所述缆线的收方自动化，不是通过人工操作，克服了手动方式收线完全靠手工劳力的问题，更加人性化、自动化，大大提高了工作效率。

Description

电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置

技术领域

本实用新型涉及一种地下管道检测设备自动化控制装置，具体的说是电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置。 

背景技术

CCTV（Closed Circuit Television）一种图像通信系统。其信号从源点只传给预先安排好的与源点相通的特定电视机。广泛用于大量不同类型的监视工作、教育、电视会议等）管道内窥检测设备目前已广泛应用于军事、电力、热电厂、石油石化、无损检测、市政、考古等行业。主要用于石油石化、市政排水管道内部快速检测和诊断，该设备配备强力照明光源和便携式控制系统，非常适合野外和移动工作场所，传输线缆可以根据用户需求配备，可将设备送至所需工作位置；防水设计可至水下10米。CCTV管道内窥检测设备目前已广泛应用于军事、电力、热电厂、石油石化、无损检测、市政、考古等行业。 

CCTV是一种管道内窥摄像检测设备，由主控制器，电缆盘，爬行器，及镜头四部分组成。通过操作主控制器人机界面，可实现控制爬行器在管道内行走，并将采集到的管道内部图像通过线缆实时传输到主控制器进行实时监视，主控制器外接MP5或PC机可进行图像存储，在监视图像时如果发现管道有损坏，可以通过主控制器键盘输入字符进行标识，实时的叠加在视频上，通过输入功能键可以实时的了解爬行器状态，包括倾角，气压，距离，日期，时间等相关信息。检测视频通过选配专用PipeSee软件进行编辑和存档，自动生成检测报告。管道检测设备其中一项就是电缆盘，电缆目前使用最多为 手动电缆盘，靠人工收放线，不仅耗费了大量的人力物力，而且工作效率低。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对目前手动电缆盘这种手动收放线系统的效率低下以及劳动工作量大提供电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，使操作工程中收放线的方法是电动的，不是人工操作。控制电缆自动收放缆线，并使其与爬行器的速度匹配良好，其控制电缆盘收放线的方法，就是本专利申请的内容。 

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，包括控制器，所述控制器与电源相连，还包括电动电缆盘和爬行器，所述电动电缆盘内绕有线缆，所述电动电缆盘用于控制所述线缆的动作，所述控制器与所述爬行器通过所述线缆相连，所述电动电缆盘位于所述控制器和所述爬行器之间。 

本实用新型的有益效果是：在所述爬行器爬行时，使所述缆线的收方自动化，不是通过人工操作，克服了手动方式收线完全靠手工劳力的问题，更加人性化、自动化，大大提高了工作效率。 

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。 

进一步，所述电动电缆盘包括压力传感器、单片机、电机和绕线盘，所述绕线盘上绕有所述线缆，所述绕线盘位于所述压力传感器和所述控制器之间，所述压力传感器与所述单片机相连，用于向所述单片机传递模拟电压信号，所述单片机内置有编码器，所述单片机与所述电机相连，所述电机与所述绕线盘相连，所述单片机根据接收到的模拟电压信号控制所述电机的转速，所述电机的转速控制所述绕线盘的转速，所述控制器与所述单片机相连，所述控制器用于控制所述绕线盘的动作。 

进一步，所述单片机内预设有中间电压值，所述绕线盘的动作包括放线、停止和收线，若所述单片机接收到所述控制器发出的放线命令，当所述单片 机接收到的模拟电压大于所述中间电压值时，所述单片机调高所述电机的转速，所述绕线盘放线，当所述单片机接收到的模拟电压小于或等于所述中间电压值时，所述单片机调低所述电机停止的转速，所述绕线盘停止放线； 

若所述单片机接收到所述控制器发出的收线命令，当所述单片机接收到的模拟电压大于所述中间电压值时，所述单片机调低所述电机的转速，所述绕线盘减速收线，当所述单片机接收到的模拟电压小于或等于所述中间电压值时，所述单片机调高所述电机的转速，所述绕线盘加速收线。 

进一步，还包括显示器，所述显示器与所述单片机相连，用于显示所述绕线盘的绕线状态，所述绕线状态包括绕线盘的绕线动作是自动进行还是手动进行。 

进一步，所述单片机还内置有RS-485通信端口，所述RS-485通信端口是一种采用串行通信的端口，用于使用各种协议进行通讯及设备控制。 

进一步，所述单片机内置有电机驱动，所述电机驱动驱动所述电机转动。 

进一步，所述单片机包括STM32嵌入式内核、和ARM（Acorn RISC Machine）微处理器，所述STM32为嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，所述单片机上设有USB接口以及ADC（Analog-to-Digital Converter）数模变换器，所述ADC数模转换器是指模/数转换器或者模拟/数字转换器，即将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。 

进一步，所述压力传感器的输出灵敏度为0.8mv/v，所述压力传感器的量程为30kg。 

进一步，所述电机为额定功率为200W的直流有刷电机，所述有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能（即电动机）或将机械能转换成电能（即发电机）的旋转电机，本发明使用到的功能是将电能转换成机械能带动所述绕线盘旋转，即电动机。 

采用上述进一步方案的有益效果是：通过压力传感器检测线缆被拉拽的压力，从而调节绕线盘的转速，该装置使绕线盘的绕线速度与爬行器的爬行 速度能够匹配，即爬行器拉拖电缆不会弯曲，不是在松持状态，而应是一种稍微有一点绷紧的状态。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型的单片机的连接示意图； 

图3为本实用新型的压力传感器的结构示意图； 

图4为本实用新型的逻辑示意图。 

附图中，各标号所代表的部件如下： 

1、控制器，2、电动电缆盘，3、爬行器，4、线缆，5、压力传感器,6、绕线盘。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。 

如图1所示，一种电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，包括控制器1，所述控制器1与电源相连，还包括电动电缆盘2和爬行器3，所述电动电缆盘2内绕有线缆4，所述电动电缆盘2用于控制所述线缆4的动作，即控制所述线缆的绕线动作是加速绕线还是减速绕线，所述控制器1与所述爬行器3通过所述线缆4相连，所述电动电缆盘2位于所述控制器1和所述爬行器3之间。 

所述电动电缆盘2包括压力传感器5、单片机、电机和绕线盘6，所述压力传感的结构示意图如图3所示，所述绕线盘6上绕有所述线缆4，所述绕线盘6位于所述压力传感器5和所述控制器1之间，所述压力传感器5与所述单片机相连，用于向所述单片机传递模拟电压信号，所述单片机内置有编码器，所述单片机与所述电机相连，所述电机与所述绕线盘6相连，所述 单片机根据接收到的模拟电压信号控制所述电机的转速，所述电机的转速控制所述绕线盘6的转速，所述控制器1与所述单片机相连，所述控制器1用于控制所述绕线盘2的动作，即控制所述绕线盘是收线、放线还是停止。 

所述单片机内预设有中间电压值，所述绕线盘6的绕线状态包括放线、停止和收线，所述绕线盘的绕线状态（包括放线、停止和收线）可以手动操作也可以自动操作，若绕线盘的绕线状态采用自动操作，其逻辑示意图如图3所示，若所述单片机接收到所述控制器1发出的放线命令，当所述单片机接收到的模拟电压大于所述中间电压值时，所述单片机调高所述电机的转速，所述绕线盘6放线，当所述单片机接收到的模拟电压小于或等于所述中间电压值时，所述单片机调低所述电机停止的转速，所述绕线盘6停止放线； 

若所述单片机接收到所述控制器1发出的收线命令，当所述单片机接收到的模拟电压大于所述中间电压值时，所述单片机调低所述电机的转速，所述绕线盘6减速收线，当所述单片机接收到的模拟电压小于或等于所述中间电压值时，所述单片机调高所述电机的转速，所述绕线盘6加速收线。 

本实用新型的工作原理主要是单片机通过接收控制器的通讯命令，执行放线和收线操作，实时采集压力传感器5的压力，控制所述绕线盘6的收放线。工作过程中压力传感器5把采集的信号送给单片机的ADC数模变换器，该压力传感5器采样回来的是一个模拟电压信号，采样范围从0V到3.3V，采样值越大说明压力越大。方案中取一个中间压力值即所述中间电压值1.5V作为预设值，使线缆的松紧程度适中。单片机分析采样回的压力值，跟预设定的中间电压值比较，再实时调整电机的转速，保证收放线系统的同步性,并且可以在显示器上显示工作状态和放线的距离。该方案主要是通过PID(P:比例控制,I:积分控制,D:微分控制)算法实现电机的速度调节。具体计算公式是： 

$u\left(t\right)=k_p[e\left(t\right)+\frac{1}{T}{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}e\left(t\right)+T_d\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}],$

式中u(t)为微处理器的输出，e(t)为ARM微处理器的输入（常常是设定值与被控量之差，即e(t)=r(t)-c(t)），k_pARM微处理器比例放大系数，T为ARM微处理器的积分时间，T_d为ARM微处理器的微分时间。故上式又可写成: 

$u\left(t\right)=k_{p}e\left(t\right)+k_i{\∫}_0^{\mathrm{\τ}}e\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}+k_d\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}},$

其中k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_d为微分系数。 

PID控制器的各个环节的作用如下： 

(1)比例环节，及时成比例的反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生调节作用，以减少偏差 

(2)积分环节，主要用于消除静态误差提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T_i，T_i越大积分作用越弱，反之则越强。 

(3)微分环己，能够反映偏差信号的变化趋势，即偏差信号的变化速率，并能在偏差信号变化太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。 

数字PID控制算法采用增量式PID控制算法。具体计算公式为： 

Δu(k)=u(k)-u(k-1)=k_pΔe(k)+k_ie(k)+k_d[Δe(k)-Δe(k-1)] 

增量式算法优点：①算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；②单片机每次只输出控制增量；③手动—自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。 

该方案中偏差为Error=SetPoint-NextPoint,指预设定压力值SetPoint与当前测量的压力值NextPoint之差。积分为SumError=SumError+Error，指所有偏差之和。微分为dError=LastError-PrevError，指上次偏差LastError减去当前的偏差PrevError。故该方案中Δu(k)=Proportion*Error+Integral*SumError+Derivative*dError，式中Proportion为比例常数，Integral 为积分常数，Derivative为微分常数。该方案中结合实际测试情况，Proportion取值为100，Integral取值为5，Derivative取值为8，预设定压力值取值为1.5。 

所以爬行器3前进时，当压力传感器5的采样值比预设值大时，说明压力过大，此时计算出来的Δu(k)<0,是一个负数，PID控制器就会增加输出PWM(Pulse Width Modulation:脉冲宽度调制)的占空比，调高电机的转速，所述绕线盘6放线，就会使压力又减小，当压力传感器5的值比预设值小时，此时计算出来的Δu(k)>0,是一个正数，PID控制器就会减小PWM的占空比，调低电机的转速，绕线盘6停止放线，就会使压力又增大。 

爬行器3后退时，当压力传感器5的采样值比预设值大时，说明压力过大，此时计算出来的Δu(k)>0,是一个正数，PID控制器就会减小输出PWM的占空比，调低电机的转速，就会使压力又减小，当压力传感器的值比预设值小时，此时计算出来的Δu(k)<0,是一个负数，PID控制器就会增大PWM的占空比，调高电机的转速，就会使压力又增大。从而能使电动电缆盘与爬行器的速度同步。 

还包括显示器，所述显示器与所述单片机相连，用于显示所述绕线盘的绕线状态，所述绕线状态包括绕线盘的绕线动作是自动进行还是手动进行。 

所述单片机还内置有RS-485通信端口。 

所述单片机内置有电机驱动，所述电机驱动驱动所述电机转动。 

所述单片机包括STM32嵌入式内核、和ARM处理器，所述STM32为嵌入式应用专门设计的ARM的Cortex-M3内核，所述单片机上设有USB接口以及ADC数模变换器，即将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。 

所述压力传感器5的输出灵敏度为0.8mv/v，所述压力传感器5的量程为30kg。 

所述电机为额定功率为200W的直流有刷电机。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (8)

1.电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，包括控制器，所述控制器与电源相连，其特征在于，还包括电动电缆盘和爬行器，所述电动电缆盘内绕有线缆，所述电动电缆盘用于控制所述线缆的动作，所述控制器与所述爬行器通过所述线缆相连，所述电动电缆盘位于所述控制器和所述爬行器之间。 

2.根据权利要求1所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，其特征在于，所述电动电缆盘包括压力传感器、单片机、电机和绕线盘，所述绕线盘上绕有所述线缆，所述绕线盘位于所述压力传感器和所述控制器之间，所述压力传感器与所述单片机相连，用于向所述单片机传递模拟电压信号，所述单片机内置有编码器，所述单片机与所述电机相连，所述电机与所述绕线盘相连，所述单片机根据接收到的模拟电压信号控制所述电机的转速，所述电机的转速控制所述绕线盘的转速，所述控制器与所述单片机相连，所述控制器用于控制所述绕线盘的动作。 

3.根据权利要求2所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，其特征在于，还包括显示器，所述显示器与所述单片机相连，用于显示所述绕线盘的绕线状态。 

4.根据权利要求2所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，其特征在于，所述单片机还内置有RS-485通信端口。 

5.根据权利要求2所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，其特征在于，所述单片机内置有电机驱动，所述电机驱动驱动所述电机转动。 

6.根据权利要求2至5任一所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，其特征在于，所述单片机还包括STM32嵌入式内核、和ARM微处理器，所述单片机上设有USB接口以及ADC数模变换器。 

7.根据权利要求2至5任一所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收 放线装置，其特征在于，所述压力传感器的输出灵敏度为0.8mv/v，所述压力传感器的量程为30kg。 

8.根据权利要求2至5任一所述的电动电缆盘压力传感器控制自动收放线装置，其特征在于，所述电机为额定功率为200W的直流有刷电机。 

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