光纖并帶機電氣控制系統

摘 ?要：光纖并帶機主要用于光纖帶并帶，可用于生產4芯、6芯、12芯等多種規格光纖帶。本文論述了光纖并帶機電氣控制系統的構成及其工作原理，并就光纖并帶生產過程中的光纖放線、光纖帶收線張力的穩定性，光纖帶收排線的平整度以及生產過程中供膠及UV固化爐功率的控制等幾個重要環節及解決辦法做了具體闡述。應用本設計方案生產的光纖并帶機已經在國內光纜生產廠家投入使用，并取得了很好的效果。

關鍵詞：光纖通信;光纖并帶機;電氣控制

中圖分類號：TN818 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0068-03

The Automatic Control System of Optical Fiber Ribbon Coating Line

YANG Yuting

（The No.8 Research Institute of CETC，Huainan ?232001，China）

Abstract：The optical fiber ribbon machine is mainly used for optical fiber tape parallel tape. It can be used to produce 4-core，6-core，12-core and other specifications of optical fiber tape. This paper describes the structure and working principle of the electric control system of the optical fiber ribbon machine，and describes in detail several important links and solutions in the production process of the optical fiber parallel belt conveyor，such as the stability of the tension of the optical fiber belt conveyor，the smoothness of the optical fiber belt conveyor and conveyor，and the control of the glue supply and the power of the UV curing furnace in the production process. The optical fiber parallel belt conveyor manufactured by this design has been put into use in domestic optical cable manufacturers and achieved good results.

Keywords：optical fiber communication;optical fiber ribbon machine;automatic control system

0 ?引 ?言

光纖并帶是光纜生產工藝中的一道關鍵工序。隨著通信網絡的大規模鋪開，光纜的需求量與日俱增，光纖并帶機作為生產光纖帶的專用設備，現在已經在國內各大中型光纜生產廠中得到廣泛應用。通過對國內以及國外光纜生產廠家的調研，結合各廠家對光纖并帶機提出的改進意見及改進需求，我公司改進研制的光纖并帶機進一步提高了整機的自動化程度，更加便于生產操作人員使用，其主要具有以下特點：

（1）12芯以下光纖帶生產速度高達500m/min，24芯光纖帶疊帶生產速度可達300m/min。

（2）設備中各控制器間采用Profinet通信協議組網，提高了設備的自動化程度，同時也更加便于對設備中各部件進行遠程監控維護及維修。

（3）在運行過程中對放線張力控制、并帶供膠控制，UV固化爐、收排線等各部分進行實時監控，一旦出現故障會自動報警并降速停機，同時還可以通過人機操作界面查詢相關故障信息。

1 ?光纖并帶機的構成

光纖并帶機主要由光纖帶放帶單元、光纖放線單元、供膠控制系統和UV固化單元以及收線單元組成。其工藝流程框圖如圖1所示。

2 ?電氣控制系統的組成與功能

在光纖并帶機電氣控制系統中，我們從光纖并帶生產工藝的實際情況出發，同時吸收消化國外如芬蘭Nextrom公司，奧地利M&S公司所生產的同類產品的優點。整個控制系統采取了上位機與下位機之間通過Profinet通信協議進行通信組網的設計方案。上位機作為生產管理級，它的服務對象主要是生產現場的相關操作人員。下位機作為生產現場監控級，需要服務整個生產過程，它的主要工作是采集生產過程中的相關參數數據，運行軟件中設計的控制算法并執行相關控制輸出。

2.1 ?光纖并帶機控制系統的上位機

本設計方案中選用了威綸MT8071ip觸摸屏操作面板作為上位機，配有7寸TFT LCD顯示器，其分辨率可達800*480，I/O端口提供了10/100 Base-T*1以太網絡接口。

上位機的主要功能如下：

（1）對生產過程中的相關參數的實際測量值，如模具溫度、供膠壓力等進行實時顯示。

（2）通過上位機，現場操作人員可以根據需要實時對下位機中運行的相關生產參數值進行修改。

（3）顯示當前設備的運行狀態，并可以對生產過程中出現的故障提供查詢。

2.2 ?光纖并帶機控制系統的下位機

下位機采用了西門子可編程邏輯控制器S7-1200，它是一款外形設計緊湊，模塊化的可編程控制器，可以實現各種復雜的邏輯控制、同時還可以實現與人機操作界面的網絡通信等任務，在許多工業領域都使用它來實現對現場的自動化控制。本控制系統采用了CPU-1215C作為中央處理器對光纖放線、供膠系統、UV固化爐、牽引控制和收線排線等部分進行精準的控制，另外還擴展了三個模塊分別為SM1223、SM1231和SM1223，用于采集和輸出相關數字及模擬量信號。

3 ?光纖并帶機的控制過程及特點

由于篇幅的限制，本文僅給出光纖并帶機的控制邏輯流程圖，上位機的控制邏輯流程圖如圖2所示，下位機的控制邏輯流程圖如圖3所示。

本光纖并帶機是在學習了國內外同類產品優點的基礎上設計的。它主要有以下幾方面優勢：

（1）電氣部分根據電壓的高低，將高電壓電氣元件和低壓電氣元件放入不同的機柜內，減少相互間的電磁干擾。

（2）采用分布離散式的控制系統，減小設備在運行過程中產生的震動。

（3）采用兩臺大功率FusionUV光固化爐，保證光纖帶固化的可靠性。

（4）采用了Profinet通信協議對系統的各組成部分進行組網，提高了設備的自動化程度，同時也更加便于對設備中各部件進行遠程監控維護及維修。

（5）在光纖進入涂覆系統前以及在光纖帶收排線裝置之前增加了多組除靜電裝置，減小了光纖的抖動，保證了生產出光纖帶的平整度滿足工藝要求。

4 ?相關重要環節的處理

與傳統光纖并帶機相比，本機在工藝上及電氣控制上都采取了很多新的方式，在生產過程中對高壓除靜電裝置，供膠量與光固化燈管的功率的控制、收放線的張力穩定性控制、以及排線精度的控制，都對生產出的光纖帶平整度能夠滿足要求以及并帶后的光纖附加損耗不致超標提供了可靠的保證。

4.1 ?光纖并帶收放線張力的穩定

本機的12芯以下光纖帶并帶速度最高可達500m/min左右，光纖帶放帶單元可用于大盤光纖帶的放帶，光纖放線單元可以滿足對50km大盤光纖的放線要求。在生產過程中，由于放線盤上的光纖和光纖帶越來越少，而收線盤上的光纖帶越來越多，所以收放線盤的實時盤徑是在逐漸發生變化的。而與之對應的生產速度不變，這就需要通過PLC內的盤徑計算控制算法來不斷地對收放線盤的旋轉速進行調整，從而保證收放線張力的穩定。收放線舞蹈器的穩定性能夠直觀反映出收放線張力的穩定性，為了確保整個并帶過程中放線和收線舞蹈器的穩定。我們首先在硬件方面對放線選用了高性能的Danfoss FC360變頻控制器，牽引電機、收線電機、排線電機則統一選用了松下A5伺服控制器，保證了電機運行速度的一致性。經過實際檢驗，這樣可以使收放線舞蹈器穩定地保持在適中的位置并且生產運行過程中不需要人工干預，從而保證了光纖并帶過程中收放線張力的穩定性。經過實際現場調試，用這種方法完全滿足光纖并帶生產的工藝要求。

4.2 ?保證光纖帶收排線的平整度

光纖并帶機在高速并帶過程中收排線的穩定性是要研究的一項重要技術。光纖帶收線排線是否平整直接影響到光纖帶平整度及其衰減指標的好壞。由于并帶過程中并帶的速度最高可達500m/min，特別是當排線到達盤邊時的換向過程很快，為了實現收排線的精確換向，我們將收線排線電機伺服控制器內部分頻器的編碼器信號輸入到S7-1200的高速計數口中，這是兩路可以存儲電機運動速度和方向并且互差90度的方波脈沖信號，鑒于伺服電機具有很好的動態響應性能且其編碼器具有很高的分辨率，我們可以用它來精確地記錄當前的排線位置，從而實現收線排線精確換向。在并帶前，首先要對光纖帶收線盤的盤邊位置進行設置，PLC會將其轉化為對應的脈沖數值保存;在并帶過程中，每到對應的盤邊位置，PLC就會控制排線伺服電機進行換向，從而保證了光纖帶在高速并帶下排線到盤緣時換向的可靠性，不會在收線盤上產生堆疊或者在盤邊緣形成凹陷及堆起狀態。由于設備在運行過程中具有很好的動態性能，所以只需在每次并帶開始時進行一次盤邊位置設置，在光纖并帶生產過程中不需要再次進行人工調節，滿足了光纖并帶過程中對光纖帶排線的工藝要求。

4.3 ?供膠量與光固化燈管功率的電氣控制

在并帶過程中，光纖并帶固化度的好壞以及模具內供膠量的大小是否均勻合適直接影響到光纖帶的平整度以及光纖的附加損耗。在該機中采用了兩臺FusionUV固化爐，固化燈管的功率可調節，最大功率可達到7.5Kw。供膠系統中采用Festo比例調壓閥對供膠罐內的供膠壓力進行調節。通過PLC中的軟件算法，根據并帶速度的變化來自動調整供膠罐內的供膠壓力和UV固化燈管的功率，以達到理想的并帶效果。同時，在進入并帶模具前的光纖分線輪處增加了高壓除靜電裝置，避免了高速并帶過程中光纖的抖動性，對光纖帶的平整度指標也起到了很好的保證作用。

5 ?結 ?論

使用本控制系統研制的光纖并帶機已經在國內市場投入使用，在一定程度上提升了國內光纜廠的生產能力和產品質量，尤其是良好的人機操作界面和較高的可靠性獲到了廠家的好評，已經接近國外公司同類產品的相關技術水品。

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作者簡介：楊宇霆（1990-），男，漢族，安徽淮南人，助理工程師，本科，研究方向：光纖光纜設備自動化控制。