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一控制系統(tǒng)的組成和功能

該光纖帶松套管生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)主要是由絞體控制、油膏填充控制、擠塑機控制、水溫控制、牽引控制、張力控制和收線控制等部分組成。光纖帶放線形式為主動放線，在線調(diào)節(jié)、同步精度高；油膏除氣泡裝置可給多條生產(chǎn)線供膠；系統(tǒng)具有操作界面簡單易用等特點。該光纖帶松套管生產(chǎn)線的主控制系統(tǒng)主要由上位機（IPC）、下位機（PLC）、現(xiàn)場總線系統(tǒng)以及各種執(zhí)行部件（如伺服控制器、變頻器等）組成。整個控制系統(tǒng)以PLC（可編程邏輯控制器）為核心，通過MPI接口及PROFIBUS－DP控制總線在PLC與計算機之間以及PLC與PLC之間交換信息，從而控制系統(tǒng)的運行。PLC同時采集和發(fā)出系統(tǒng)所需的各種信號，然后再通過與計算機的相互協(xié)作，完成總體控制。監(jiān)控軟件安裝于上位機，為用戶提供了一個友好的界面，用于圖形顯示、消息、歸檔以及報警的處理等。系統(tǒng)畫面更新更快速、數(shù)據(jù)的使用更可靠，具有高度的實用性；可以通過開放數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）和結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）方式對該系統(tǒng)中的歸檔數(shù)據(jù)進行訪問。IPC的作用主要是用于提供友好的、可操作性的人機界面（HMI），不直接參與運算與控制。該系統(tǒng)采用了研華工控機作為上位機，其采用IntelCPU、1GB隨機存取存儲器（RAM）、120GB硬盤、可刻錄光驅(qū)、USB接口，還配有19吋液晶顯示器、威達工控鍵盤、打印機、網(wǎng)卡等；如在其擴展插槽內(nèi)安裝西門子CP5611通訊卡，可實現(xiàn)IPC和PLC的數(shù)據(jù)通訊。IPC的控制軟件是Winccflexbile2008，它是基于Windows的應用軟件，集控制技術(shù)、圖形技術(shù)、人機界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)于一身，具有動態(tài)顯示、報警、控制網(wǎng)絡通信等組件，可提供友好的用戶界面，使設備操作更直觀、更簡便。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過同類產(chǎn)品的比較，該系統(tǒng)選用性能非?？煽康奈鏖T子S7－300PLC。PLC系統(tǒng)的作用在于實現(xiàn)開關(guān)量的輸入和輸出，模擬量的輸入和輸出以及大部分數(shù)學運算和邏輯運算；PLC直接參與控制和檢測，在生產(chǎn)線過程控制的同時，將狀態(tài)信息通過通訊送到上位機，由上位機來實現(xiàn)生產(chǎn)線的實時參數(shù)和狀態(tài)信息顯示。

二關(guān)鍵控制點的設計

在該光纖帶松套管生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中光纖帶的放帶張力和兩級牽引之間的三輪組張力是控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵和難點。光纖帶的放帶張力不僅會影響到光纖帶在松套管中的余長和余長一致性，同時還可能影響光纖的損耗，而三輪組張力直接影響光纖帶的余長。

1光纖帶恒張力放帶

1．1設備組成該光纖帶松套管生產(chǎn)線中共有18個頭放線裝置，分別裝在兩個絞體上，絞體為整體框式結(jié)構(gòu)，可裝18個直徑為410mm的光纖帶放線盤。光纖帶放線設備的結(jié)構(gòu)，其為主動放帶。該放線控制器采用LENZEEVF9300系列交流變頻驅(qū)動，電機采用LENZE交流變頻電機。變頻器控制光纖帶放出后，經(jīng)導輪組引導到分線裝置，其中有一個導輪安裝了張力傳感器，實時檢測光纖帶張力，光纖帶再經(jīng)油膏預填充后被引入并帶模具，進而使光纖帶有序、緊密、不松散地疊合成一體后被引導入擠塑模頭。

1．2硬件組態(tài)控制系統(tǒng)中以西門子S7－315－2DP作為PROFIBUS現(xiàn)場總線主站，提供與LENZE控制器的EM2133DP通訊卡直接循環(huán)通信。每路放帶驅(qū)動控制部分采用LENZE的EVF9321交流變頻控制器，并在變頻器上安裝了EM2133的DP通訊卡，放線電機采用180W的LENZE三相異步電機，張力傳感器輸出信號為0～10V。主控制臺采用了西門子公司的S7系列PLC控制系統(tǒng)以及PROFIBUS現(xiàn)場總線。光纖帶盤的速度和光纖帶張力是通過一個高速的柔性測力傳感器系統(tǒng)來控制。每個光纖帶主動放線架的運行控制和實時張力可通過PROFIBUS總線與主站PLC進行信息的交換，從而實現(xiàn)在計算機屏幕上實時顯示每路張力，并具有張力在線可調(diào)的功能，保障光纖帶張力在釋放過程中穩(wěn)定。本系統(tǒng)的硬件組態(tài)是在PLC編程軟件STEP7中導入LENZE控制器設備數(shù)據(jù)庫文件（LENZ213GSD）來完成的，設置與從站的總線通訊率，并選擇參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（PPO）類型。S7－300PLC與LENZE9300系列PROFIBUS－DP通訊PPO1協(xié)議（4PKW＋2PZD）參數(shù)通道PKW訪問實現(xiàn)，通過PKW參數(shù)通道可以訪問和設置所有變頻器的參數(shù)，PZD過程字控制直接用MOVE（L或T）指令把控制字、過程參數(shù)，讀或?qū)憣狿IW＊＊＊、PQW＊＊＊地址即可。為LENZE控制器分配網(wǎng)絡地址，通過EM2133DP通訊卡上的8位撥碼開關(guān)設定該控制器的DP地址，通過參數(shù)設置與主站的PROFIBUS－DP總線通訊率，從而完成數(shù)據(jù)的讀寫和控制數(shù)據(jù)的傳輸，如狀態(tài)字、控制字、給定值和實際值、傳輸傳動系統(tǒng)的參數(shù)設置和診斷信號。

1．3張力控制的軟件設計張力控制是光纖放帶的難點，必須要保持張力恒定，而恒張力常常和線速度有關(guān)，這就要求電機的轉(zhuǎn)速與卷徑成反比。我們利用張力傳感器對張力實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，在控制算法中加入卷徑計算，用卷徑計算的擾動來補償調(diào)節(jié)，間接實現(xiàn)張力控制，確保張力的恒定。卷徑（卷軸直徑）D在卷繞系統(tǒng)中是一個重要的參數(shù)，其計算公式為：D＝iV／（nπ）（1）式中i為機械傳動比，n為電機轉(zhuǎn)速，V為線速度。

2三輪組張力控制

該光纖帶松套管生產(chǎn)線中采用主牽引為輪式牽引，輔助牽引為履帶牽引的設計方式。除水溫以外，主牽引和輔助牽引的張力也是余長調(diào)節(jié)和控制的重要因素。牽引壓力傳感器為0～24V輸入，輸出對應0～250N，用于控制輪式牽引和履帶牽引之間的張力值。三輪組張力控制的難點在于要求精度高、響應快，由于三輪組沒有儲線長度，如果響應不及變頻器內(nèi)部實現(xiàn)恒張力放線功能的流程或超調(diào)過大會引起設備或產(chǎn)品的損壞。故控制系統(tǒng)中采用輪式牽引速度與張力調(diào)節(jié)PID分量疊加的方式來控制履帶牽引的速度，即履帶牽引速度輸出值N2＝輪式牽引速度輸出值N1＋牽引張力輸出值F，且履帶牽引速度應控制在輪式牽引速度±5m／min的范圍內(nèi)變化。通過PID調(diào)節(jié)N2，直到牽引的張力與設定張力基本相等，并穩(wěn)定在±1N范圍內(nèi)。為了便于操作，牽引壓力值的設定和顯示以及履帶牽引的PID參數(shù)同樣顯示在操作界面上。

三結(jié)論

目前我們研制的光纖帶松套管生產(chǎn)線已經(jīng)在俊知光電、長飛中利、富通集團等眾多國內(nèi)光纜生產(chǎn)廠家中使用。實踐證明我們研制的光纖帶松套管生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)具有生產(chǎn)工藝顯示直觀，實時性好、安全可靠和易于擴展，極大地提高了國內(nèi)光纜廠的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是良好的人機界面和高精度的張力控制得到了廠家的普遍好評。

作者：周順桃單位：中國電子科技集團公司第八研究所