王晓敏
湖北省电力装备有限公司,湖北省430000
摘要：近年来，我国的电力行业发展迅速，电力装备制造业也有了很大进展。针对电力装备制造业现有的手动调节抽风头的简单机械抽风除尘设备，设计出可自动识别人体目标所在工作区域中的位置，抽风臂的位置和风向可随着人的移动自动改变的智能除尘系统。实验证明，可以达到满意的除尘效果。
关键词：电力装备制造;多传感器;人体检测;机械臂;智能除尘
引言
节能减排的原理研究设计出能够智能识别、节能环保、适应性强的多用智能除尘器。首先，对自供电电源系统进行研究，即自己带有太阳能发电、充电以及蓄电的装置，不需要提供外部供电电源，可以根据用户的需要随时启动和停止;其次，对行走控制系统进行研究，通过全覆盖遍历路径规划的实现方案，使除尘器在不同路段自动识别以恒定速度清扫，提高清扫质量;最后，对除尘系统进行研究，对除尘器的设计及其关键部件的结构优化，使除尘器适用于屋顶、大棚、平原、丘陵等多种区域和地形，能够一机多用。
1系统硬件结构设计
1.1PLC控制单元
控制系统采用可编程控制器PLC作为中央控制单元，采集和检测周围的信息，对机器人、吸尘设备、水阀气阀、门禁等设备进行总体协调控制，确保机器人协调有序进行除尘作业，其主要实现如下功能：（1）控制两台机器人的联动；（2）采集两台机器人的状态；（3）通知并下发两台机器人选择柜体轨迹程序；（4）采集水压、气压、柜体高度，柜体到位及柜门打开状况等信息，并判断吹扫当前柜体是否处于安全状态；（5）与人机交互平台进行实时通信。
1.2信号采集及预处理模块
信号采集模块用于采集传感器套件获取电信号，电信号经处理和锁存后输入主控制器。预处理模块主要包括带通滤波器和编码锁存器。带通滤波器用于滤除干扰信号，编码锁存器54HC573用于对多个传感器套件的信息进行编码，并锁存。本系统的控制单元采用STM32F103VCT6芯片作为控制芯片，用于接收传感器套件的信号，经过处理、计算和分析，获取人体目标的位置信息，并将这些位置信息经驱动放大后，输出给受控单元。
1.3自供电电源系统
自供电电源系统是由匹配电路、整流电路、储能电容、控制电路及放电电路组成。
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图1系统总体设计框图
1.4设备检测单元
设备检测单元主要检测柜体除尘时，保证柜体与机器人的安全及有效除尘，有如下检测功能：（1）柜体高度检测：检测柜体的高度与运行轨迹的高度是否一致，防止柜体与机器人在除尘过程中发生碰撞；（2）柜门打开检测：对于有柜门的柜体需要检测柜门是否打开并固定，防止柜门未固定并在除尘过程中与机器人发生碰撞；（3）柜体到位检测：柜体的运输过程中是否运输到位，防止柜体未运输到位时进行除尘动作，与机器人发生碰撞；（4）水压气压检测：保证吹扫屏柜时水压和气压值正常，防止机器人进行无效的除尘。
1.5设备控制单元
设备控制单元主要控制除尘过程中辅助设备的启动，包含：（1）水阀和气阀控制单元：主要在控制柜体采用水洗和气洗下水阀和气阀的切换；（2）水泵控制单元：水洗过程中采用自来水吹扫，为保证吹扫的效果，对水洗过程中进行水泵增压，增压至0.6ＭＰａ；（3）吸尘设备控制：在设备除尘过程中启动吸尘设备，吹扫完成后停止吸尘设备；（4）门禁控制：在除尘过程中必须是在密闭的空间进行，保证人身安全及车间环境整洁。
2系统软件设计
智能除尘系统由系统主程序、中断服务子程序及各模块子程序等构成。系统各模块初始化后，正常运行处于低功耗模式，当单片机检测到有人体信号出现在工作区域内，进入中断运行模式，调用各模块子程序，驱动电机进行机械臂位置定位，并打开除尘系统;当人体信号消失在工作区域内一段时间后，进入中断服务子程序，调用各模块子程序，关闭除尘系统，驱动电机进行机械臂复位。控制机构软件根据现场实际应用情况、操作流程、当前柜体状态、环境状态及机器人状态，判断是否能对当前的柜体安全地吹扫。在所有状态安全的情况下，控制两台机器人按照当前柜体预先设计的轨迹程序进行吹扫。
3除尘器的行走系统及控制系统
除尘器是利用离心力将粉尘从旋转气流中分离出来并进行捕集的一种分离装置，由于该装置结构简单、操作方便、价格低廉、能耗低、耐高温和高压，对于捕5μm以上的颗粒粉尘效率较高。对除尘擦的除尘系统进行研究，在保证除尘器高效、稳定运行的基础上除尘器的设计及其关键部件的结构优化，在保证除尘器能够高效、稳定运行的基础上基于优化理论合理的选择除尘的行走路线，对影响除尘器运行的配套系统如除尘方式、储灰系统、降温系统以及电气自动控制系统等进行了分析研究，并提出了改进措施，使除尘器适用于屋顶、大棚、平原、湖面、丘陵、沙漠等多种区域和地形，可全天候工作，达到适应能力强一机多用的目标。
4测试结果
完成整体设计后，在实验室进行了整体功能测试。经多次测试得到结果:(1)智能系统的最大感知距离为5m，感应(检测)范围为135°;(2)当作业人员进入该系统感知范围内时除尘系统开始工作，离开系统感知范围时除尘系统停止工作;(3)当人体在系统感知范围内移动时，机械臂控制系统可以控制机械臂实现移动、翻转、伸展功能，机械臂排风方向随作业人员位置的改变而改变，并达到最初的设计要求。电力设备制造企业涉及切割、焊接、打磨抛光等工序，作业人员接触金属粉尘、电焊烟尘等。目前电力设备制造企业切割、焊接及打磨工艺自动化率低，多为作业人员手持焊枪、打磨机等工具作业，具有作业半径相对较大、需频繁移动体位且作业人员呼吸带距离粉尘发生源近的特点。本智能除尘系统因其主动性、可移动性、智能识别性，可以解决现有固定式或手动移动除尘设备的弊端，有效提高防护设施使用率以及除尘效率。
结语
综上所述，本除尘系统运行良好，在电力设备制造企业工作台区域内，系统对人体敏感，可以自动识别人体目标所在工作区域中的位置;在工作区域内，除尘系统可随着人体的移动自动启动开始工作，机械臂的位置和风向可随着人的移动自动改变，从而达到智能、高效的除尘效果。
参考文献
［1］李小川，罗会清，胡海彬，等．自激式除尘器压力波动特性与气液体合研究［J］．煤炭学报，2015，40(12):3001-3006．
［2］土冬雪，李小川，魏涛，等．自激式除尘器在线of测系统设计［J］．工矿自动化，2017，43(10):7-13．
［3］张辉．普通车床加工的绿色制造结构和评价体系研究［D］．北京:北京理工大学，2015.
［4］刘淑娟．高铁隧道环境下的智能除尘器设计与实现研究［J］．环境科学与管理，2017，42(10):59-62.
［5］张坤，李杏元，脱连弟，等．城市轨道车辆电器屏柜的设计分析［Ｊ］．机电工程技术，2018，47（2）：113－116．
［6］汪海明，刘宇，崔晓萌．电力机车制动屏柜电气组装工艺改进［Ｊ］．技术与市场，2013，20（5）：133－134．