CN211295683U - 一种自动剥线机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动剥线机系统，涉及自动化控制领域，该系统包括PLC以及与其相连的触摸屏、各个开关、传感器模块、四个驱动器和加热模块，通过PLC控制四个驱动器分别驱动与其相连的四个步进电机，从而带动自动剥线机的各个机构对电缆进行自动剥线；加热模块包括PID控制器、ZVS加热模块和红外测温传感器，PID控制器连接PLC、ZVS加热模块和红外测温传感器，ZVS加热模块还连接红外测温传感器，通过在锁紧机构前设置ZVS加热模块给电缆进行加热，利用红外测温传感器监测其温度并反馈给PID控制器，从而使PID控制器控制ZVS加热模块处于恒温状态，使电缆在切削过程中产生的切屑变成塑性丝状，能够最大限度的减少作业环境污染和对人体的影响。

Description

一种自动剥线机系统

技术领域

本实用新型涉及自动化控制领域，尤其是一种自动剥线机系统。

背景技术

传统高压有铠电缆剥线是采用剥线钳以及锋利刀具等工具，完全靠手工制作，由于高压有铠电缆架设在户外，不仅需要经历风吹雨打，且使用寿命方面要求长久，所以其外层包覆层异常难处理，在对高压有铠电缆进行手动剥线时不仅费时费力且剥线的长短不一，户外作业时安全方面也难以得到保障，而且在户外工作时常也会受到天气因素的制约，因此迫切需要涉及一种自动剥线机系统代替手工作业。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种自动剥线机系统。使用该系统可以高效快速的对高压有铠电缆实现自动剥线，通过四个驱动器分别驱动四个步进电机带动各自的机构对高压有铠电缆进行自动剥线直至达到要求的切割深度。

本实用新型的技术方案如下：

一种自动剥线机系统，该系统包括开关电源以及与开关电源相连的PLC、触摸屏、启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、锁紧步进电机、刀具轴向驱动器、刀具轴向步进电机、刀具径向驱动器、刀具径向步进电机、旋转切削驱动器、旋转切削步进电机和加热模块，PLC连接触摸屏、启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、刀具轴向驱动器、刀具径向驱动器、旋转切削驱动器和加热模块；触摸屏用于与PLC实现人机交互从而控制启动开关启动系统，或者控制停止开关停止系统，或者控制复位开关控制自动剥线机的锁紧机构、旋转切削机构、刀具轴向控制机构和刀具径向控制机构原点归位，或者控制温控开关导通从而启动加热模块；传感器模块包括锁紧接近开关、轴向接近开关和径向接近开关，锁紧接近开关放置在自动剥线机的第一活动板的侧面，轴向接近开关放置在自动剥线机的第二活动板上，径向接近开关放置在自动剥线机的刀具轴向步进电机安装座上，加热模块放置在自动剥线机的锁紧机构之前；

锁紧驱动器连接锁紧步进电机，锁紧步进电机用于驱动自动剥线机的锁紧机构锁紧电缆；刀具轴向驱动器连接刀具轴向步进电机，刀具轴向步进电机用于带动自动剥线机的旋转切削机构和刀具径向控制机构共同轴向移动至剥切位置；旋转切削驱动器连接旋转切削步进电机，旋转切削步进电机用于带动旋转切削机构的刀片转动；刀具径向驱动器连接刀具径向步进电机，刀具径向步进电机用于带动刀片做径向运动切割电缆；

加热模块包括PID控制器、ZVS加热模块和红外测温传感器，PID控制器的控制端连接PLC，PID控制器的输出端连接ZVS加热模块，PID控制器的输入端连接红外测温传感器，红外测温传感器还连接ZVS加热模块用于监测电缆和ZVS加热模块的温度，PID控制器用于控制ZVS加热模块处于恒温加热状态。

其进一步的技术方案为，ZVS加热模块包括变压器、第一场效应管和第二场效应管，第一场效应管的栅极通过第一电阻和温控开关连接交流电源，第一场效应管的栅极连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极通过变压器的第二初级电感和温控开关连接交流电源，第二二极管的阴极还连接第二场效应管的漏极，第一场效应管的源极连接变压器的第一次级电感作为ZVS加热模块的第一输出端，第一场效应管的源极还分别通过第一电容和第二电容连接第二场效应管的源极，第一场效应管的漏极连接第二场效应管的源极，第一场效应管漏极和第二场效应管源极的公共端接地，第二场效应管的栅极通过第二电阻和温控开关连接交流电源，第二场效应管的栅极连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极通过变压器的第一电感和温控开关连接交流电源，第一二极管的阴极还连接第一场效应管的源极，第二场效应管的漏极连接变压器的第二次级电感作为ZVS加热模块的第二输出端，第二场效应管的漏极还分别通过第三电容和第四电容连接第一场效应管的漏极。

其进一步的技术方案为，PLC基于S7-1200系列芯片实现。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请通过设置锁紧步进电机带动了锁紧机构实现对电缆的自动锁紧，通过设置刀具轴向步进电机带动旋转切削机构和刀具径向控制机构共同轴向移动至剥切位置，通过设置旋转切削步进电机带动旋转切削机构的刀片转动，通过设置刀具径向步进电机带动刀片做径向运动，实现了对高压有铠电缆进行自动剥线直至达到要求的切割深度，通过设置锁紧接近开关、轴向接近开关和径向接近开关当各机构动作到位时反馈给PLC到位信号后PLC才会控制下一步的剥线操作开始，保证系统的稳定可靠性，通过在锁紧机构前设置的ZVS加热模块给电缆的外包覆层进行加热，通过红外测温传感器监测其温度并反馈给PID控制器，从而使PID控制器控制电缆的加热温度保持在55℃，使电缆在切削过程中产生的切屑变成塑性丝状，能够最大限度的减少作业环境污染和对人体的影响。通过触摸屏对自动剥线机系统进行操作，实现人机友好交互、便捷操作。

附图说明

图1是本申请公开的自动剥线机系统的原理框图。

图2是本申请公开的自动剥线机系统的部分电气原理图。

图3是本申请公开的驱动器和步进电机的部分电气原理图。

图4是本申请公开的ZVS加热模块的部分电路图。

图5是本申请公开的自动剥线机的结构示意图。

图6是本申请公开的自动剥线机锁紧机构的结构示意图。

图7是本申请公开的自动剥线机旋转切削机构与刀具轴向控制机构的结构示意图。

图8是本申请公开的自动剥线机刀具径向控制机构的结构示意图。

图9是本申请公开的自动剥线机刀具轴向控制机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种自动剥线机系统，所述系统的原理框图和电气原理图分别如图1、图2所示，所述系统包括开关电源以及与开关电源相连的PLC、触摸屏、启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、锁紧步进电机1、刀具轴向驱动器、刀具轴向步进电机2、刀具径向驱动器、刀具径向步进电机3、旋转切削驱动器、旋转切削步进电机4和加热模块(图1中未示出开关电源与各器件之间的相连关系)，PLC连接触摸屏、启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、刀具轴向驱动器、刀具径向驱动器、旋转切削驱动器和加热模块。在本申请中，PLC基于S7-1200系列芯片实现，启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、锁紧步进电机1、刀具轴向驱动器、刀具轴向步进电机2、刀具径向驱动器、刀具径向步进电机3、旋转切削驱动器和旋转切削步进电机4都安装在自动剥线机上，传感器模块包括锁紧接近开关105、轴向接近开关和径向接近开关310。

具体的，自动剥线机的结构如图5所示，自动剥线机包括底板5，带开口的固定板6呈垂直安装在底板5上，在底板5上分别设置用于夹持锁紧电缆的锁紧机构7、用于对电缆进行旋转切削运动的旋转切削机构8、用于实现刀具径向运动的刀具径向控制机构9及用于实现旋转切削机构8整体作轴向进给运动的刀具轴向控制机构10。其中，如图6所示，锁紧机构7包括锁紧驱动器(图6未示出)、锁紧步进电机1和锁紧接近开关105，锁紧步进电机1安装在锁紧步进电机安装座101上，第二导向杆102的一端与锁紧步进电机安装座101连接，第二导向杆102的另一端与导向座103连接，导套与第二导向杆102配合并安装在第一活动板104上。第一活动板104的侧面还安装了锁紧接近开关105，在底板5上还设置有PLC(图6未示出)，用于接收该锁紧接近开关105发出的信号，通过该锁紧接近开关105来接收第一活动板104移动距离的信息并反馈给锁紧步进电机1，进一步控制锁紧步进电机1达到距离上的要求。如图7所示，旋转切削机构8包括旋转切削驱动器(图7未示出)和旋转切削步进电机4，旋转切削步进电机4的输出端传递动力至电机齿轮401，电机齿轮401啮合并传递动力至转轴齿轮402，转轴齿轮402带动转轴403转动，转轴403转动带动刀轨固定件404及其切削单元转动。如图7、图8所示，刀具径向控制机构9包括刀具径向驱动器(图8未示出)、刀具径向步进电机3和径向接近开关310(图5仅示出安装孔位置)，刀具径向步进电机3的输出端通过联轴器连接传动螺杆301，在刀具径向步进电机3上还固接板体302，该传动螺杆301的另一端与螺杆座303连接，该螺杆座303固定在第二活动板304上。如图9所示，刀具轴向控制机构10包括刀具轴向驱动器(图9未示出)、刀具轴向步进电机2和轴向接近开关(图9未示出)，刀具轴向步进电机2固定在刀具轴向步进电机安装座201上，刀具轴向步进电机2的输出端通过联轴器连接第二滚珠丝杆202，第二丝杆螺母203螺接于第二滚珠丝杆202，第二丝杆螺母203固定在第二活动板304上，第二活动板304通过连接板305、一对连接柱306连接第三活动板307，其中有一根连接柱306的外圈与转动电机固定板308配合。第三导向杆309的一端固定在刀具轴向步进电机安装座201的一侧，另一侧均通过导套与第二活动板304、第三活动板307连接，使第二活动板304、第三活动板307的运动平稳。轴向接近开关放置在自动剥线机的第二活动板304上，径向接近开关310放置在自动剥线机的刀具轴向步进电机安装座201上。通过径向接近开关310来接收第二活动板304移动距离的信息并通过PLC反馈给刀具径向步进电机3，进一步控制刀具径向步进电机3达到距离上的要求。通过轴向接近开关来接收第三活动板307移动距离的信息并通过PLC反馈给刀具轴向步进电机2，进一步控制刀具轴向步进电机2达到距离上的要求。

触摸屏用于与PLC实现人机交互从而控制启动开关启动系统，或者控制停止开关停止系统，或者控制复位开关控制自动剥线机的锁紧机构7、旋转切削机构8、刀具轴向控制机构10和刀具径向控制机构9原点归位，或者控制温控开关导通从而启动加热模块，加热模块放置在自动剥线机的锁紧机构7之前(图5中未示出加热模块)。本申请通过触摸屏对自动剥线机系统进行操作，实现人机友好交互，而且操作便捷。

驱动器和步进电机的部分电气原理图如图3所示，锁紧驱动器连接锁紧步进电机1，锁紧步进电机1用于驱动自动剥线机的锁紧机构7锁紧电缆，保证电缆在切削过程中固定不动。刀具轴向驱动器连接刀具轴向步进电机2，刀具轴向步进电机2用于带动自动剥线机的旋转切削机构8和刀具径向控制机构9共同轴向移动至剥切位置。旋转切削驱动器连接旋转切削步进电机4，旋转切削步进电机4用于带动旋转切削机构8的刀片转动。刀具径向驱动器连接刀具径向步进电机3，刀具径向步进电机3用于带动刀片做径向运动切割电缆。通过PLC、各个开关、传感器模块、驱动器和步进电机的配合实现了对高压有铠电缆进行自动剥线直至达到要求的切割深度，通过设置锁紧接近开关105、轴向接近开关和径向接近开关310，当各机构动作到位时反馈给PLC一个到位信号后，PLC才会控制下一步的剥线操作开始，保证系统的稳定可靠性。

加热模块包括PID控制器、ZVS加热模块和红外测温传感器，PID控制器的控制端连接PLC，PID控制器的输出端连接ZVS加热模块，PID控制器的输入端连接红外测温传感器，ZVS加热模块用于加热电缆的外包覆层(也即橡胶层)，红外测温传感器还连接ZVS加热模块用于监测电缆和ZVS加热模块的温度，PID控制器用于控制ZVS加热模块处于恒温加热状态。通过非接触式的红外测温传感器监测电缆的温度并反馈给PID控制器，从而使PID控制器控制电缆的加热温度保持在55℃恒温加热状态，可选的，恒温加热持续5分钟左右，有效的控制了加热的温度并保证了其加热效果，使电缆在切削过程中产生的切屑变成塑性丝状，能够最大限度的减少作业环境污染和对人体的影响。

具体的，ZVS加热模块的部分电路图如图4所示，ZVS加热模块包括变压器、第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，第一场效应管Q1的栅极29通过第一电阻R1和温控开关KM5连接交流电源，第一场效应管Q1的栅极29连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极通过变压器的第二电感L2和温控开关KM5连接交流电源，第二二极管D2的阴极还连接第二场效应管Q2的漏极30，第一场效应管Q1的源极28连接变压器的第一次级电感作为ZVS加热模块的第一输出端OUT1，第一场效应管Q1的源极28还分别通过第一电容C1和第二电容C2连接第二场效应管Q2的源极28，第一场效应管Q1的漏极30连接第二场效应管Q2的源极28，第一场效应管Q1漏极30和第二场效应管Q2源极28的公共端接地GND，第二场效应管Q2的栅极29通过第二电阻R2和温控开关KM5连接交流电源，第二场效应管Q2的栅极29连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极通过变压器的第一电感L1和温控开关KM5连接交流电源，第一二极管D1的阴极还连接第一场效应管Q1的源极28，第二场效应管Q2的漏极30连接变压器的第二次级电感作为ZVS加热模块的第二输出端OUT2，第二场效应管Q2的漏极30还分别通过第三电容C3和第四电容C4连接第一场效应管Q1的漏极30。可选的，在第一场效应管Q1的栅极29和漏极30之间还串接有第三电阻R3，第三二极管D3的阴极连接第三电阻R3和第一场效应管Q1的栅极29的公共端，第三二极管D3的阳极连接第三电阻R3和第一场效应管Q1的漏极30的公共端，在第二场效应管Q2的栅极29和漏极30之间也有第四电阻R4和第四二极管D4，其连接方式与第一场效应管Q1相同，在此不进行赘述。

本申请提供的ZVS加热模块的加热原理为：变压器的第二初级电感L2、第三电容C3和第四电容C4构成并联谐振回路的正半周正弦波电流走向，变压器的第一初级电感L1、第一电容C1和第二电容C2构成并联谐振回路的负半周正弦波电流走向。当正弦波谐振至负半周时，第一二极管D1关断从而导致第一场效应管Q1关断、第二二极管D2导通从而导致第二场效应管Q2导通，24V的电流流过第一初级电感L1、第一电容C1和第二电容C2，通过第二场效应管Q2的源极28和漏极30构成回路完成正弦波电流的负半周。随着时间的后移，当正弦波谐振至正半周时，第一二极管D1导通从而导致第一场效应管Q1导通、第二二极管D2关断从而导致第二场效应管Q2关断，24V的电流流过变压器的第二初级电感L2、第三电容C3和第四电容C4，通过第一场效应管Q1的漏极30和源极28构成回路完成正弦波电流的正半周就会重复起始运行的状态，从而形成连续的正弦波电流振荡状态，在变压器的次级电感上也就是ZVS加热模块的第一输出端OUT1和ZVS加热模块的第二输出端OUT2就会感应出高压高频正弦波电压，因此ZVS加热模块中的金属会因电磁感应现象而产生的涡流快速被加热，从而实现了系统对电缆的端部加热功能。

本申请提供的自动剥线机系统对于电缆的剥切过程为：

1)在触摸屏上点击加热按钮开始加热步骤，通过加热模块对电缆加热塑化橡胶层(也即外包覆层)的切削性能；

2)在触摸屏上输入电缆的剥切数据，先点击复位按钮将自动剥线机的锁紧机构7、旋转切削机构8、刀具轴向控制机构10和刀具径向控制机构9进行原点归位，然后通过点击启动按钮控制启动开关启动自动剥线机；

3)通过锁紧接近开关105检测电缆到位后反馈给PLC一个到位信号，使得锁紧步进电机1带动锁紧机构7锁紧电缆；

4)PLC接收到位信号后，控制刀具轴向步进电机2带动自动剥线机的旋转切削机构8和刀具径向控制机构9共同轴向移动至剥切位置，即轴向移动至橡胶层设定剥切位置、径向移动至橡胶层设定的安全距离位置；

5)旋转切削机构8到位后通过旋转切削步进电机4开始旋转刀片，径向接近开关310检测第二活动板304到位后反馈给PLC一个到位信号，使得刀具径向步进电机3带动刀片做径向运动，刀片径向慢慢给进进行切削作业，径向到位后刀具轴向步进电机2缓慢向原点方向进给，将电缆橡胶层完整切除；

6)当轴向接近开关检测到刀具接近(也即第三活动板307接近)时，橡胶层切削完成、刀具轴向步进电机2停止工作，PLC控制刀具径向控制机构9回原位，当径向接近开关310有信号反馈时，代表检测到刀具径向控制机构9已回到原点；

7)吹气清理后，重复步骤4-步骤6进行下一步切削电缆铠层的作业，当铠层切削完成后旋转切削机构8停止，刀具轴向步进电机2控制刀具回退至初始位置，吹气清理后，PLC控制锁紧机构7松开，即当锁紧接近开关105无信号时，代表电缆松开到位，切削作业全部完成，系统进入等待状态。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自动剥线机系统，其特征在于，所述系统包括开关电源以及与所述开关电源相连的PLC、触摸屏、启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、锁紧步进电机、刀具轴向驱动器、刀具轴向步进电机、刀具径向驱动器、刀具径向步进电机、旋转切削驱动器、旋转切削步进电机和加热模块，所述PLC连接所述触摸屏、启动开关、停止开关、复位开关、温控开关、传感器模块、锁紧驱动器、刀具轴向驱动器、刀具径向驱动器、旋转切削驱动器和加热模块；所述触摸屏用于与所述PLC实现人机交互从而控制所述启动开关启动所述系统，或者控制所述停止开关停止所述系统，或者控制所述复位开关控制自动剥线机的锁紧机构、旋转切削机构、刀具轴向控制机构和刀具径向控制机构原点归位，或者控制所述温控开关导通从而启动所述加热模块；所述传感器模块包括锁紧接近开关、轴向接近开关和径向接近开关，所述锁紧接近开关放置在自动剥线机的第一活动板的侧面，所述轴向接近开关放置在自动剥线机的第二活动板上，所述径向接近开关放置在自动剥线机的刀具轴向步进电机安装座上，所述加热模块放置在自动剥线机的锁紧机构之前；

所述锁紧驱动器连接所述锁紧步进电机，所述锁紧步进电机用于驱动自动剥线机的锁紧机构锁紧电缆；所述刀具轴向驱动器连接所述刀具轴向步进电机，所述刀具轴向步进电机用于带动自动剥线机的旋转切削机构和刀具径向控制机构共同轴向移动至剥切位置；所述旋转切削驱动器连接所述旋转切削步进电机，所述旋转切削步进电机用于带动旋转切削机构的刀片转动；所述刀具径向驱动器连接所述刀具径向步进电机，所述刀具径向步进电机用于带动刀片做径向运动切割电缆；

所述加热模块包括PID控制器、ZVS加热模块和红外测温传感器，所述PID控制器的控制端连接所述PLC，所述PID控制器的输出端连接所述ZVS加热模块，所述PID控制器的输入端连接所述红外测温传感器，所述红外测温传感器还连接所述ZVS加热模块用于监测电缆和所述ZVS加热模块的温度，所述PID控制器用于控制所述ZVS加热模块处于恒温加热状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ZVS加热模块包括变压器、第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管的栅极通过第一电阻和所述温控开关连接交流电源，所述第一场效应管的栅极连接第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极通过所述变压器的第二初级电感和所述温控开关连接交流电源，所述第二二极管的阴极还连接所述第二场效应管的漏极，所述第一场效应管的源极连接所述变压器的第一次级电感作为所述ZVS加热模块的第一输出端，所述第一场效应管的源极还分别通过第一电容和第二电容连接所述第二场效应管的源极，所述第一场效应管的漏极连接所述第二场效应管的源极，所述第一场效应管漏极和所述第二场效应管源极的公共端接地，所述第二场效应管的栅极通过第二电阻和所述温控开关连接交流电源，所述第二场效应管的栅极连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极通过所述变压器的第一电感和所述温控开关连接交流电源，所述第一二极管的阴极还连接所述第一场效应管的源极，所述第二场效应管的漏极连接所述变压器的第二次级电感作为所述ZVS加热模块的第二输出端，所述第二场效应管的漏极还分别通过第三电容和第四电容连接所述第一场效应管的漏极。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PLC基于S7-1200系列芯片实现。

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