拉絲在線固定重量篩選收線機電氣控制系統設計

何勤國，盧松濤

（1.光纖光纜制備技術國家重點實驗室 湖北 武漢 430073；2.長飛光纖光纜股份有限公司 湖北 武漢 430073）

拉絲在線固定重量篩選收線機電氣控制系統設計

何勤國1，盧松濤2

（1.光纖光纜制備技術國家重點實驗室 湖北 武漢 430073；2.長飛光纖光纜股份有限公司 湖北 武漢 430073）

本文針對研制的拉絲生產中采用固定重量在線篩選收線機的電氣控制系統做了一定的闡述。該控制系統選用SEMENS S7-300 PLC作為邏輯和算法運算控制中心，為了便于操作，采用臺灣威倫觸摸屏MT508TV作為人機友好界面。實現邊生產邊篩選，將傳統的篩選工序融合到拉絲工序中，在收線機上實現。

拉絲；篩選；控制系統；可編程控制器；張力；Profibus-Dp

為保證一個最低的光纖強度,篩選試驗是最好的方法。篩選試驗的目的是將整個光纖制造長度上的強度低于或等于篩選應力的點去除,保證幸存光纖的機械可靠性。IEC60793-1-30-2001規定的篩選試驗方法為縱向力法。傳統工藝流程,生產的光纖先收到原始筒上,然后又利用專門的篩選機將原始筒上的光纖篩選檢測后分到小筒上。在此,采用在線固定重量篩選收線機實現在線篩選檢測后將光纖收到小筒上。

1 工藝原理

在光纖生產線上(即拉絲塔上),光纖經過第一個牽引機構,按一定張力放出光纖,經過第二個牽引機構,然后回到收線裝置。兩個牽引輪之間,施加設定張力?；瑒訉л啚槭┝υ?它靠滑動導輪自重與后面 配重差對光纖施加張力的。另一方面它又是調節兩牽引輪線速度同步的調節器。光纖受力時間受滑動輪的上下位置及篩選速度雙重影響。篩選后光纖要在繞在光纖A筒上,A筒上的光纖滿后會自動切換到B筒上,A筒和B筒相互切換,保證拉絲生產過程不中斷。被篩選光纖不能承受施加張力的考驗,則光纖會斷裂成一段或幾段,可以認為每段短光纖已通過篩選試驗[1]。該線固定重量篩選收線機的光纖張力10～350 N,篩選速度≤2 400 m/min。

2 控制系統的設計

在線固定重量篩選收線機選用SEMENS S7-300 PLC作為邏輯和運算控制中心；采用臺灣威倫觸摸屏MT508TV作為人機友好界面；采用多個伺服系統作為牽引裝置的驅動和收線機構的驅動。

2.1 控制系統方框圖

控制系統方框圖如圖1所示。

圖1 控制系統方框圖Fig.1 Control system block diagram

臺灣威倫觸摸屏通過以太網與控制器通訊,作為操作人員、工程師操作和設置參數使用。控制器通過profibus總線與各驅動機構建立聯系并指揮各驅動協調運行。PROFIBUSDp用于現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比

主站 (PLC)程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外, PROFIBUS-Dp還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態.診斷和報警處理。傳輸技術：RS-485雙絞線,雙線電纜或光纜。波特率從9.6 k bit/s到12 M bit/s?？偩€存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞,主站與從站間為主-從傳送。支持單主或多主系統,總線上最站點(主-從設備)數為126。功能：DP主站和DP從站間的循環用戶有數據傳送。各DP從站的動態激活和可激活。DP從站組態的檢查。強大的診斷功能,三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過部線對DP主站(DPM1)進行配置,每DP從站的輸入和輸出數據最大為246字節。設備類型：第二類DP主站(DPM2)是可進行編程.組態.診斷的設備。第一類DP主站(DPM1)是中央可編程控制器,如PLC.PC等。DP從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅動器.閥門等[2]。

2.2 控制過程中核心算法公式

1)張力計算公式

F：實際篩選的張力；F1：設定篩選的張力；V：篩選的速度；L：篩選經過的光纖長度區域；n：老化常數。

2)速度跟隨算法公式

F：實際張力；S：光纖截面積。根據光纖產品的實際情況事先設定。一般光纖直徑為250微米。V：篩選牽引輪1線速度；V1：篩選牽引輪2線速度；K：張力整定系數。

3)一階濾波算法

在該系統中,對所有的模擬量輸入采用編制的慣性濾波子程序對輸入數據進行一次軟件濾波處理。T為采樣周期,T0為RC常量,Q為濾波系數。根據整個PLC程序掃描周期來確定 Q[3]。

2.3 驅動總線地址規劃及電機的選擇

根據機械結構,選擇丹佛式變頻器VLT2915驅動交流電機應用在放線,收線和排線上。兩個牽引機構采用松下的伺服驅動器MDDDT5540和伺服電機MDMD152P1U,以便滿足精確的同步控制。所有的電機使用Profibus-DP總線方式,給定和讀取伺服驅動速度、讀取狀態等值。下面是規劃的總線地址及功能描述：主控制器S7300,地址01,是系統中央控制器,包含邏輯運算和各種算法；牽引驅動1,地址10,負責拉絲線上的光纖牽引；牽引驅動2,地址11,負責篩選實施張力；A筒旋轉驅動,地址12,負責A筒收取光纖；B筒旋轉驅動,地址13,負責B筒收取光纖；排線驅動,地址14,負責給AB筒上的光纖排列[4-6]。

2.4 控制系統流程圖

控制系統流程圖如圖2所示。

圖2 控制系統流程圖Fig.2 Control system flowchart

根據流程圖完成控制程序的整體架構設計。為防止電機升速和降速過猛,使用斜坡方式。篩選控制處使用張力公式(1)編寫算法。

2.5 操作界面設計

人機界面中設定用戶和密碼,操作人員僅能設定操作參數和查看相關記錄；調試與維護人員還能查看和修改維護參數。操作工藝參數設定有：上筒速度、最終篩選速度、設定光纖長度；顯示參數和記錄有：報警記錄、操作記錄、各電機運行速度、被篩選的光纖長度；維護參數有：升速時間常數、排線間隙常數、放線電機驅動常數、收線電機驅動常數、排線電機驅動常數、牽引1#電機驅動常數、牽引2#電機驅動常數。

2.6 報警功能設計

兩級報警。急停發生,PLC所有輸出失效,各種電機驅動斷電；一般報警產生則機器停止運行,并在人機界面上給出指示。一般報警采用一個報警字ALARM：ALARM.0拾纖電機驅動故障、ALARM.1收線電機驅動故障、ALARM.2排線電機驅動故障、ALARM.3牽引1#電機驅動故障、ALARM.4牽引2#電機驅動故障、ALARM.5纖斷、ALARM.6光纖已到定長、ALARM.7保護罩未到位、ALARM.8排線故障。

3 結束語

在當前實際生產中,依據該設計制造出的拉絲在線固定重量篩收線機將會是一種可行的拉絲在線篩選方式。通過實驗,該設計可行。值得在生產中推廣。

[1]胡先志.光纖與光纜技術[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2]秦益霖，張志柏,鄧志良.西門子S7-300PLC應用技術[M].北Y軸導軌加上步進電機的平面掃描的方式,能夠完成對金屬物體的探測及定位,并且其檢測時間較快,定位也比較準確,效率較高,符合測試要求。

參考文獻：

[1]徐麥容.金屬探測器的用途和原理[J].科技傳播,2012(9)：53-64.

[2]李奕,李愛傳,代健行.基于單片機的數控直流穩壓電源設計[J].民營科技,2014(3)：77.

[3]劉星辰,劉東斌,杜鵬.步進電機控制系統的設計與實現[J].微計算機信息,2009(22)：26-27.

[4]張群,楊絮,張正言,等.藍牙模塊串口通信的設計與實現[J].實驗室研究與探索,2012(3)：79-82.

[5]周復忠.定義磁感應強度時試探元件選擇的討論[J].湖南中學物理,2014(5)：69-94.

[6]楊鳳,史浩山,朱靈波,等.一種基于測距的無線傳感器網絡智能定位算法[J].傳感技術學報，2008(1)：135-140.

Electrical control system design of the take-up with the fixed weight screen testing on the drawing tower

HE Qin-guo1,LU Song-tao2
(1.The State Key Laboratory of Optical Fiber and Cable Manufacture Technology,Wuhan 430073,China；2.Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company,Wuhan 430073,China)

This paper introduced the electrical control system of the take-up with the fixed weight screening on the drawing tower.The control system selects SEMENS S7-300 PLC as the logic and arithmetic operations control center,in order to facilitate the operation,using Taiwan Weilun touchscreen MT508TV as a friendly man-machine interface.The system can take up the fiber and at the same time can screen test the fiber.The fusion of traditional screening process to the fiber drawing process is good way to increase productivity.

drawing；screening；control system；PLC；tension；Profibus-Dp

TN05

：A

:1674-6236(2015)23-0092-02

2015-01-26稿件編號：201501213

何勤國(1947—)，男，湖北武漢人，工程師。研究方向：變頻與伺服，嵌入式系統及電氣自動控制。