基于PLC的光纜彎—扭試驗機的設計

鄒楠

摘 要：為模擬光纜受彎曲和扭轉外力作用的試驗環境，本文使用西門子200PLC為控制核心，輔以接近開關、變頻器、觸摸屏設計了光纜彎-扭試驗機的控制系統。本文設計的控制系統簡單可靠，成本低廉，人機界面親和，操作方便。

關鍵詞：彎曲；扭轉；控制系統；觸摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.014

0 引言

隨著我國通信技術的發展，通過光纖實現電力調度、自動化、計算機聯網等的需求不斷增長，光纖電纜在現代通信網絡建設中占據主要地位。目前光纖生產中檢驗產品質量的一個重要的技術指標是光纖的機械性能。因此光纜廠家需要定期對本廠所生產的各種型號的光纜做這種常規試驗，以便及時判斷光纜車間所生產的光纜產品的質量是否存在問題。光纜彎-扭試驗機可以提供扭轉力和反復彎曲力，成為檢驗光纜產品在這兩種不同的機械外力作用下是否能達到標準的專用試驗設備。所以設計一套結構簡單、運行可靠、成本低廉、易于操作的光纜扭-彎試驗機有著廣闊的市場前景。

1 彎-扭試驗機硬件控制系統設計

1.1 彎-扭試驗機運行過程

彎-扭試驗機模擬了反復彎曲和扭轉兩種光纜受力情況。彎-扭試驗機運行過程如圖1示意。反復彎曲試驗運行角度為90°，有30次每分鐘和10次每分鐘兩種；扭轉試驗有180°、360°兩種，其中180°要求每分鐘運行5次，360°要求每分鐘運行2次。做反復彎曲試驗時，需先將擺臂通過螺絲固定，使擺臂可與轉軸聯動，然后把光纜一端由A向B固定在擺臂上，擺臂可以在正負90度之間擺動。做扭轉試驗時，將擺臂與轉軸脫離，光纜一端通過扭轉夾頭固定，水平放置在C、D處。光纜可在轉軸的帶動下在正負180°、正負360°之間來回扭轉。轉軸上固定一個有12個槽的碼盤，碼盤隨轉軸轉動，接近開關便可以測得脈沖信號，一個脈沖信號對應轉軸旋轉30°。

1.2 彎-扭試驗機硬件系統

早期的設備大多采用單片機為控制核心，再加上變頻器為驅動設備，組成整個硬件系統。系統設計比較復雜，操作時設定參數非常不方便，沒有經過培訓基本不能使用。本方案硬件系統是由西門子的200PLC（有高速計數器）、smart700IE觸摸屏，ACS355變頻器等電氣部件來組成整個系統的電氣部分。由此組成的系統故障率低、調試安裝方便、人機界面清晰易懂方便操作，整個系統采用模塊化部件組成，方便后期維護。

PLC的模擬量輸出模塊的V端子與變頻器的模擬量輸入模塊的AI1端子相連，PLC模擬量模塊能夠輸出0到10伏電壓，控制電機以不同的轉速旋轉；由于設備高速運轉時，接近開關的輸出點必須接在有高速計數功能的PLC輸入端。

2 彎-扭試驗機軟件設計

根據電氣圖紙和彎-扭試驗機的工作狀態設計PLC的程序，程序的流程如圖2所示。在首次通電時對PLC的各個控制和狀態寄存器初始化（把各寄存器進行清零），然后檢測動力電源開關是否按下，按鈕按下后變頻器指示燈亮起，并且可以點動控制設備；若按鈕沒有按下則保持待機。然后需要設置要實驗的次數和運行的角度，當輸入的角度為90°時擺臂必須需處于垂直位置，然后才可以按下啟動按鈕。每運行一個反復或者扭轉周期運行次數減一，直到運行次數為0程序結束，設備停止。

3 彎-扭試驗機變頻器參數

變頻器用于控制標準感應電機的速度和轉矩，ABB標準變頻器的安裝、設置使用都很簡單。ABB變頻器為方便用戶的不同需求設計了不同的應用宏。本文需要用變頻器自帶的控制盤設置變頻器的一些參數，首先把參數9902設置為3（即把應用宏設置為交變宏），再把電機銘牌上的參數依次設定在電機的額定電壓UN、額定電流IN、額定功率PN參數下。其余參數在無其他特殊要求的情況下選擇默認即可。

4 結束語

本文針對光纜彎-扭機械性能的檢測要求，設計了光纜彎-扭試驗機的電氣控制系統。在查閱各個組成部件的典型接線圖和使用手冊之后，設計了系統接線圖；按照設備的使用要求設計PLC程序。系統采用模塊化成熟的電氣產品，系統穩定性好，而且后期的維護簡單方便，屬于典型PLC應用系統。