一种电力光缆地空智能敷设一体机与电力光缆敷设方法与流程

本发明属于电力施工设备，具体涉及一种电力光缆地空智能敷设一体机与电力光缆敷设方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设目标的不断提升，电网建设的规模和质量要求日益提高。传统电网建设方式在安全性、人工消耗和作业效率方面存在诸多不足，难以适应日益变化的需求。尤其是在电网检修施工过程中，传统的人工操作方式不仅耗费大量人力，而且作业效率低，存在较高的安全风险。因此，电网建设亟需通过机械化施工方式提高工作效率和安全性，推动电网建设的高质量发展。

2、电力光缆敷设是电力施工中的重要组成部分，尤其是在光缆牵引环节中，常常需要消耗大量人工。尤其是在管道内进行光缆敷设时，传统的光缆输送机搬运困难，噪音大，且由于尺寸等原因，难以适应地下井下作业。因此，在这些作业环境下，牵引媒介(如迪尼玛绳、钢丝绳、穿管器等)往往需要通过人工收放，导致人员劳动强度大、效率低。

3、专利申请号为cn208818873u的中国专利公开了一种电动光缆牵引机，属于光缆铺设布放设备技术领域。包括底座骨架、支撑架、拖动手柄、机壳；牵引装置包括电动机、减速箱，驱动齿轮，反向齿轮，驱动滚上有上皮带，驱动滚的下方设置有从动滚，从动滚上有下皮带，机壳侧面设置有电源接口、电源开关、变频器、高低速开关；机壳上方设置有计数器装置、面板按钮装置，接收天线、穿缆器专用按钮、紧急停止按钮:在驱动滚的滚轮文架两边设置有弹簧锁紧结构，两边分别还设置有前限位器、后限位器，前限位器的下方设置有导向轮，滚轮支架上还设置有引导器接头，所述机壳的侧面上还设置有地钉。上述装置不能实现扭矩和牵引速度的智能控制，而且不能展放和回收牵引媒介，自动化程度低。因此，亟待本领域技术人员解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是上述现有技术中，不能实现扭矩和牵引速度的智能控制，而且不能展放和回收牵引媒介，自动化程度低。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种电力光缆地空智能敷设一体机，其特征在于：包括光缆智能敷设机、穿线器和牵引媒介放卷机，所述牵引媒介放卷机通过固定钩连接所述穿线器，所述穿线器内部设置有待敷设的电力光缆，所述电力光缆连接所述光缆智能敷设机，所述光缆智能敷设机的首端与尾端均设置有上限位轮与下限位轮，所述电力光缆穿过所述上限位轮与所述下限位轮；

4、所述光缆智能敷设机上设置有控制柜，所述控制柜通过内置的plc和伺服控制器控制所述光缆智能敷设一体机的运行参数，确保电力光缆的敷设稳定进行。

5、通过采用上述技术方案，通过牵引媒介放卷机与光缆智能敷设机的协同工作，大大提高了光缆敷设的工作效率。牵引媒介放卷机能够自动放卷牵引媒介，并与光缆智能敷设机同步工作，避免了传统人工放卷所带来的低效率和高劳动强度。设备的自动化程度高，尤其是在牵引媒介的自动收放功能上，显著减少了人工参与，降低了施工人员的劳动强度，尤其是在需要长时间高强度操作的敷设作业中尤为重要。此外，光缆智能敷设机通过上限位轮和下限位轮的设计，确保光缆在敷设过程中保持稳定的轨迹，避免因牵引力过大或过小导致的偏移或损伤。该设备还有效保护光缆，防止光缆在敷设过程中受到过大的拉力或冲击，避免损坏。结合穿线器和光缆智能敷设机，设备能够适应多种作业环境，特别是在管道敷设和地下作业中，克服了传统设备搬运困难、噪声大等问题。

6、进一步地，所述光缆智能敷设机还包括调节手轮、传动皮带、计米轮检测轮、传动轮、固定支架、拖辊、张紧轮、动力电源、控制柜、导向滑车和卡扣滑轨；

7、所述上限位轮与所述下限位轮通过螺栓固定在固定支架上；

8、所述调节手轮通过连接轴与所述固定支架和所述托辊连接，所述传送皮带通过皮带轮和所述张紧轮与所述传动轮、所述计米轮检测轮相连；

9、所述计米轮检测轮通过轴承固定在所述传动皮带和所述固定支架上，所述传动轮通过轴承与所述固定支架相连接；

10、所述托辊通过轴承与所述固定支架相连，所述张紧轮安装在所述固定支架上；

11、所述下限位轮通过螺栓固定在所述固定支架上，所述动力电源通过电缆与所述控制柜连接，所述控制柜通过螺栓与所述固定支架和所述动力电源固定在一起；

12、所述导向滑车通过卡扣滑轨与卡扣滑轨固定在支架上，卡扣滑轨通过螺栓固定在固定支架和导向滑车上。

13、通过采用上述技术方案，光缆智能敷设机通过传动皮带、传动轮和计米轮检测轮的配合，确保光缆在敷设过程中的稳定传输，计米轮检测轮能够精确测量光缆的敷设长度，并在正转和反转时进行准确记录，避免了传统手动测量的不准确性，从而提高了作业效率和数据的准确性。上限位轮和下限位轮通过螺栓固定在固定支架上，确保光缆在敷设过程中始终保持稳定的轨迹，避免光缆出现偏移、打结或损坏的风险。托辊、传动轮和张紧轮的设计进一步增强了设备的稳定性，确保光缆输送过程中不容易出现卡顿或不平稳的现象。调节手轮与固定支架和托辊连接，提供了简便的调整方式，能够根据不同的光缆材质和敷设环境，轻松调节牵引力和张力，确保整个敷设过程中的牵引力稳定和光缆传输顺畅。此外，张紧轮和计米轮检测轮的轴承连接设计使得设备维护和保养更加方便和快捷

14、进一步地，所述牵引媒介放卷机包括操作杆、伸缩节、机舱、驱动轮、机架、调节手轮、小车轮、外接电源、固定钩和控制面板；

15、所述操作杆通过螺栓与所述机架固定在一起，所述伸缩节安装在所述操作杆中央，所述机舱通过螺栓与所述机架固定，所述驱动轮通过轴承与所述机架连接，所述机架通过螺栓与所述操作杆、所述机舱、所述固定钩连接；

16、所述调节手轮通过连接轴与所述机架和所述固定钩连接，所述小车轮安装在所述机架底部，所述控制面板固定在所述机舱顶部。

17、通过采用上述技术方案，将操作杆、伸缩节、机舱、驱动轮和机架等组件通过螺栓和轴承连接，确保了各部件之间的稳定连接，增强了设备整体的稳定性，特别是驱动轮通过轴承与机架连接，有效保证了驱动系统的平稳运行，避免了工作过程中产生的震动或不稳定性，从而确保了设备的长期可靠性。伸缩节的设计使得操作杆的长度可以根据不同的作业需求进行调节，增强了设备在不同作业环境下的适应性，特别是在狭小空间或需要调整作业角度时，操作杆的伸缩性便于操作人员进行灵活调整，方便现场操作。控制面板安装在机舱顶部，便于操作人员随时监控和调整设备的运行状态，简化了操作过程。调节手轮与机架和固定钩的连接使得牵引媒介的松紧和位置可以方便快捷地调节，从而保证牵引力的精准控制。

18、进一步地，所述上限位轮和所述下限位轮上设有u型槽；

19、所述调节手轮上设有联动横杆，所述联动横杆连接所述固定钩，所述固定钩位于所述牵引媒介放卷机的底部。

20、通过采用上述技术方案，调节手轮上设有联动横杆，联动横杆与固定钩相连接，可以通过调节手轮轻松调节牵引力和光缆张力。该设计使得操作人员能够精准控制光缆的牵引力度和张紧程度，从而避免了过度牵引或牵引不足的情况，确保光缆在敷设过程中不受损害，联动横杆的设计可以实现调节手轮与固定钩的联动，便于快速响应不同作业环境下的需求。通过简单的操作，能够迅速调整光缆的松紧度，使牵引过程更加高效且精确，固定钩位于牵引媒介放卷机的底部，与联动横杆的连接设计使得牵引媒介的放卷和收回过程更加自动化，减少了人工干预的需求，简化了操作流程。这对于需要长时间操作的敷设工作而言，能够显著降低劳动强度和操作复杂度。

21、进一步地，所述计米轮检测轮上设有张紧弹簧，所述计米轮安装在所述传动皮带侧壁，所述固定支架采用铝合金制成，所述张紧轮安装在所述传动皮带上。

22、通过采用上述技术方案，计米轮检测轮上设有张紧弹簧，能够保持计米轮与光缆的紧密接触，避免了由于光缆松动或滑动而导致的测量误差。张紧弹簧的设计使得计米轮能够在不同负载下始终保持稳定的测量精度，从而确保了光缆敷设过程中的准确长度记录，计米轮安装在传动皮带侧壁，确保计米轮与传动皮带的精确配合，避免了因安装位置不当导致的摩擦或偏移问题。该设计保证了计米轮能够稳定地测量光缆的敷设长度，同时使得光缆在敷设过程中传输更加流畅，减少了阻力，固定支架采用铝合金制成，具备较强的承载能力、抗腐蚀性和轻便性。铝合金材料不仅能够提高设备的稳定性和耐用性，还能在长期使用中保持较好的工作性能，减少设备在恶劣环境下的磨损，延长设备的使用寿命，张紧轮安装在传动皮带上，能够有效调节传动皮带的张力，保证传动过程中的平稳性。通过精确控制传动皮带的张紧力，能够确保光缆在敷设过程中保持适当的张力，防止光缆因过紧或过松导致的损伤或操作不稳定。

23、本发明还公开了一种电力光缆敷设方法，利用电力光缆地空智能敷设一体机实现电力光缆的敷设，具体包括以下步骤：

24、s1：首先安装牵引媒介放卷机，并将所述牵引媒介放卷机的固定钩穿过所述穿线器，所述穿线器的待敷设电缆穿过所述光缆智能敷设机并卡紧；

25、s2：通过所述控制面板对所述牵引媒介放卷机初始化，确保放卷机处于待机状态，准备好开始放卷操作；

26、s3：通过控制柜对所述光缆智能敷设机初始化，输入电力光缆的敷设参数所述光缆智能敷设机采用plc系统中训练好的bp神经网络预测牵引力矩区间和牵引速度区间；

27、s4：启动牵引媒介放卷机和光缆智能敷设机，电力光缆由智能敷设机牵引，牵引媒介放卷机同步展放牵引媒介；

28、s5：电力光缆开始敷设，所述牵引媒介放卷机同步回收牵引媒介；

29、s6：在敷设过程中，控制柜内置的plc系统校对所述光缆智能敷设机实时输出的敷设参数信息，确保作业过程的准确性。

30、通过采用上述技术方案，光缆敷设过程中，自动化系统的广泛应用，特别是牵引媒介的自动放卷和回收，显著减少了人工干预，降低了施工人员的劳动强度，尤其在长时间、高强度的敷设作业中，这一优势尤为突出。通过光缆智能敷设机的神经网络预测，能够精确计算和控制最优牵引力矩和牵引速度，避免了传统手动控制的误差和不稳定性，确保牵引力的精准调节，避免光缆过牵引或损坏，从而提高了作业的精度和光缆的安全性。在整个敷设过程中，设备设计能够确保光缆以适当的张力进行牵引，防止因过度牵引造成损伤，同时牵引媒介放卷机的同步回收功能减少了牵引媒介的多余拉力，进一步保护了光缆。此外，实时监控和校对系统确保了敷设参数(如牵引力、敷设速度等)的准确性，能够及时发现问题，避免光缆损坏或作业不顺利。设备设计使其能够适应不同作业环境，尤其在地下、管道等复杂环境中，保证了高效稳定运行，克服了传统设备搬运困难、噪音大等问题。通过智能控制系统和实时数据监控，减少了人工操作中的经验性错误，保障了光缆的安全敷设，特别是在避免过牵引和其他潜在危险的同时，提高了施工的安全性。自动化和智能化的引入使得每个作业环节都能够高效执行，减少了不必要的调整，加速了整个光缆敷设项目的进度。

31、进一步地，在步骤s1中旋转所述牵引媒介放卷机的调节手轮，将所述固定钩卡接在所述穿线器上；

32、在步骤s3中，通过输入电力光缆敷设长度、材质、直径、地空标识、牵引媒介量化参数，通过所述bp网络预测光缆输送机的最优牵引力矩和牵引速度。

33、通过采用上述技术方案，

34、进一步地，所述bp神经网络采用正向传播和反向传播算法，由输入层、隐藏层、输出层组成，输入由数据样本提供列向量，分别与各连接矩阵相乘可得到各节点神经元，将各神经元节点值代入转移函数可得期望输出结果；

35、在所述输入层中，将x1，x2，…xi，xn做为输入量，在所述输出层中，将y1，y2，ym做为输出量，所述bp网络输入向量集为{(x，y)}；

36、在所述隐含层中设n为输入层数量，α为调节常数，m为输出层数量，则隐含层数量为：

37、

38、正向传播是信号从输入层到隐含层再到输出层的过程，设神经元的连接参数为ωji，阈值为bi，f(s)为激励函数，xi为神经元输入，yj为神经元输出，则表达式如下：

39、sj＝x1*ωj1+bj1+x2*ωj2+bj2+…x1*ωji+bji+…+xn*ωjn+bjn；

40、yj＝f(sj)；

41、反向传播是误差从输出层到隐含层再到输入层的过程，采用梯度下降法，用于调整网络中的连接权重和偏置项，以缩小网络输出与期望输出之间的误差。所述误差函数为均方差，设dk为期望输出，ok为实际输出，则均方差为：

42、

43、通过链式法计算权重梯度误差，则连接参数的权重调整公式为：

44、其中，η为学习率；

45、在所述输出层中采用sigmoid函数作为激励函数，输出为[0，1]之间，sigmoid函数的表达式为：

46、通过采用上述技术方案，通过输入光缆的长度、材质、直径、地空标识等参数，结合bp网络预测，能够实时计算出最优的牵引力矩和牵引速度。这种精确控制不仅提高了敷设作业的安全性，还避免了传统手动控制中的误差和不稳定性，通过正向传播和反向传播算法，bp神经网络能够自动调整连接权重和偏置项，使得网络能够逐渐减小误差，并优化控制参数。这使得光缆敷设过程更为灵活和自适应，能够适应不同类型的光缆和不同作业环境，网络的自动化学习和调整过程减少了人工操作中的主观判断偏差，从而降低了人为错误的发生，提升了光缆敷设的准确性和安全性，bp神经网络采用梯度下降法优化参数，有效地调整了网络中的连接权重，从而增强了系统的稳定性，避免了因参数不准确或调整不当导致的作业中断或光缆损坏，通过自动化计算和调整，减少了人工干预，提高了工作效率，特别是在长时间和高强度的敷设作业中，这种技术能够显著节省时间并提高工作进度，基于神经网络的预测和调整功能，使得该方案能适应多种复杂作业环境，确保设备能够稳定运行，克服传统设备中可能存在的搬运困难、噪音大等问题，进一步提升了光缆敷设的可靠性和效率。

47、进一步地，所述bp神经网络的训练过程包括以下步骤：

48、s31：确定所述隐含层节点数和调整bp模型权值矩阵；

49、s32：所述隐含层节点数的确定，所述隐含层神经元个数作为输入参数，对相同样本集数据进行测试；

50、所述隐含层神经元个数的最佳效果可按照以下步骤确定：

51、s311：从少数节点进行测试；

52、s312：进行网络测试和训练；

53、s313：增加节点数测试；

54、s314：确定节点数；

55、训练过程中通过增加网络的泛化能力，减少干扰因素，选取迭代次数相同的样本进行不同隐含节点数测试，所得的误差和最大循环次数结果作为输入参数再次进行测试，得到最佳隐含节点数的模型。

56、通过采用上述技术方案，通过优化隐含层节点数，可以避免过拟合或欠拟合，确保模型在训练数据上具有较好的拟合度，并提高泛化能力，使得模型能够在不同类型的光缆、材质、地空标识等条件下保持较高的预测准确性。这种优化过程能够减少外部干扰的影响，提高网络的稳定性，确保在不同环境中表现一致。通过动态调整隐含层节点数并进行多次测试，模型能够自适应不同作业环境的需求，从而实现最佳的牵引力矩和牵引速度预测。逐步增加节点数并进行测试，还能高效地训练网络，缩短训练时间，并提升工作效率与安全性。最终，这一训练方法能够提高网络的稳定性和可靠性，确保在复杂作业条件下提供一致且准确的预测结果，从而提升光缆敷设的整体质量和安全性。

57、进一步地，在步骤s2中对所述牵引媒介放卷机初始化进行初始化包括以下步骤，

58、s21：初始化网络，给连接参数权值ω及阈值b，赋予[-1，1]区间内的随机值，依据输入层、输出层数量以及调节常数a，计算出隐含层数量p；

59、s22：训练模型赋值，将电力光缆敷设参数组成的学习模式对[xk yk]提供给神经网络；

60、s23：正向传播信号，依次计算隐含层和输出层各个单元的净输入与输出。

61、s24：反向传播误差，计算期望输出dj和均方差e，依次计算输出层和隐含层各个单元的一般化误差；

62、s25：调整所述隐含层至所述输出层之间以及所述输入层至所述隐含层之间的连接权值及输出层各个单元的阈值；

63、s26：向bp神经网络随机提供下一个任选的学习数据对，重新回到步骤s23，直到完成所有学习数据对的训练；

64、s27：对网络模型的全局误差能否达到要求的精度进行判断，即是否成立，当成立时跳至步骤s28，当没有成立时，若学习次数，重新回到步骤s23，否则继续步骤s28；

65、s28：bp神经网络输入电力光缆敷设长度、材质、直径、地空标识、牵引媒介量化参数，并完成归一化处理；

66、s29：bp神经网络输出对应的最优牵引力矩和牵引速度，并还原真实数据。

67、本发明具有如下有益效果：

68、1.本发明通过光缆智能敷设机与牵引媒介放卷机的协同工作，结合bp神经网络对牵引力矩和牵引速度的智能预测和调整，实现了全程自动化操作，通过实时计算和精确调整，避免了人工操作中的误差和不稳定性，显著提高了敷设作业的效率与安全性，尤其在高强度的长时间作业中大幅降低了人工干预的需求；

69、2.本发明通过采用计米轮检测轮与传动皮带等设计，确保光缆在敷设过程中稳定传输，并实时测量敷设长度，避免了传统手动测量的误差，结合bp神经网络的学习和优化过程，能够根据光缆的参数自动调整最优牵引力矩和牵引速度，确保光缆敷设的准确性，减少了人为错误的发生，提高了作业效率；

70、3.本发明的电力光缆地空智能敷设一体机在设计上考虑了不同作业环境的适应性，特别是在复杂环境中，通过高效、稳定的运行克服了传统设备的搬运困难和噪音问题，通过智能控制系统和实时监控，避免了光缆在敷设过程中的过牵引和损坏，有效提升了施工过程的安全性，保障了设备的稳定运行和光缆的本质安全。