光纤着色机自动控制系统的设计与实现_黄友锐

光纤着色机自动控制系统的设计与实现The Designênd I mple mentêtion of A utomêtic ControlSystem for Opticêl Fiber Colorêti n g Mêchine黄友锐(淮南工业学院,安徽淮南　230031)关键词:控制　光纤着色机　可编程序控制器Key　words:Co ntrol　Optical fiber colorating m achine　Pro-gramm able controller摘　要　介绍了光纤着色机的结构组成和工作原理,叙述了光纤着色机自动控制系统的设计与实现。

实践证明,该自动控制系统设计合理,工作可靠。

A bstract　The structural composition and operational principle of optical fiber colorating machine is introduced.The design and imple-mentation of automatic control system for optical fiber colorating ma-chine are described.The practice show s that the design of the sys-tem is reasonable and the operation is rel iable.在通讯事业和信息技术飞速发展的今天,光缆已得到广泛运用,它不仅用在电信网络上,而且越来越多地应用在工业中。

光缆的生产过程比较复杂,它包括光纤着色、二次套塑、绞合成缆和护套4大工序。

光纤着色是光缆生产中的第一道工序,占有举足轻重的位置。

光纤着色机主要用于光纤表面的着色,以便于束管中多根光纤的识别和保护光纤,光纤着色机在光缆的生产中起着决定性的作用。

下面简要介绍光纤着色机的结构和工作原理,详细叙述光纤着色机自动控制系统的设计与实现。

1　设备结构和工作原理1.1　设备结构光纤着色机主要由机架、主动放线架、收放线张力装置、涂覆系统、UV光固化炉、牵引计米装置和收排线装置等组成。

1.2　工作原理①主动放线架主动放线架是一悬臂轴式的放线装置,有一交流变频调速电机通过同步齿型带传动,使光纤盘轴旋转,从而实现光纤的主动放线。

②收放线张力控制收放线张力控制采用舞蹈器结构,该结构中装有精密电位器,其作用是控制光纤的收放线速度,并能自动跟踪调节。

光纤上的张力大小可通过改变螺杆上配重法码来进行调节。

③涂覆装置和固化炉涂覆装置分为压力式涂覆和开式涂覆两种。

压力式涂覆由支架、压力涂覆杯、恒温装置、储料罐、气路、压力表和针状阀等组成;开式涂覆由支架、涂覆杯、恒温装置等组成。

UV光紫外固化炉由抽气罩、炉体、反射镜、高压汞灯和石英玻璃管等组成。

④牵引计米装置牵引是由一交流变频调速电机通过一同步齿型带以一定的减速比带动牵引轮,并且通过平型带和牵引轮之间摩擦来达到牵引光纤的目的。

计米由数字表计米器光电码盘和光电转换器组成。

导轮周长为0.4m,计米器的精度为0.4%。

导轮和光纤之间的压力借弹簧来调节。

⑤收排线装置本装置是悬臂式结构。

收线有一交流变频调速电机通过一同步齿型带以一定的减速比带动收线盘转动。

排线是由交流变频调速电机经过一同步齿型带以一定的减速比带动滚轴丝杠收线架往复运动,换向由光电开关执行,位置可调。

2　自动控制系统的工作原理概述光纤着色机自动控制系统主要分为着色部分控制子系统和运动方面控制子系统。

着色控制,也就是对光纤表面进行涂覆颜料的控制(见图1),主要由UV紫外灯固化炉控制、涂料温度控制、抽风风机控制等组成。

UV紫外灯固化炉的开启和关闭,由KM3的吸合和断开所控制。

涂料温度的设定由温度表BT控制,达到设定温度时固态继电器SSR1断开;温度达不到设定温度时,固态继电器SSR1吸合,使加热器R1加热。

风机抽风由KM2吸合与断开控制。

电流互感器TA检测固化炉灯管电流,所得的信号送到PLC,由PLC判断。

这里KM2、KM3的吸合与断开,也都由PLC控制。

《自动化仪表》第22卷第2期　2001年2月图1　着色控制电路原理图运动方面控制包括放线、牵引、收线、排线等4个部分,其分别由4个交流电机拖动。

这4个交流电机分别由4个西门子公司的M M150型变频器控制,如图2所示。

KM1吸合,使所有变频器主电源、控制电源接通;KA1吸合使放线电机、牵引电机、收线电机的变频器使能端吸合,KA4或KA5吸合使排线电机的变频器的使能端吸合,每个变频器的端子3和4为速度给定端,只要上面有1.5～10V 的电压,电机就可以运转起来了。

KA2吸合使排线电机的速度给定电压恒为9V ,排线电机处于快速排线状态。

图2　运动控制电路原理图3　PLC 的逻辑控制3.1　PLC 的控制过程光纤着色机的逻辑控制采用OMRON 公司的CPM1A -30CDR -A 型PLC 控制。

过去的着色机逻辑控制采用一些继电器、电子线路组合而成,抗干扰能力差,采用了PLC 以后,增加了设备的可靠性和逻辑处理能力。

PLC 控制的光纤着色机输入输出接口如图3所示。

下面结合PLC 控制的具体程序和图3简单说明控制过程(详见程序清单)。

ZF 按钮是着色、复绕选择开关,ZF 按钮闭合选择着色,ZF 按钮断开选择复绕。

选择着色时,如果启动开关SB1闭合,则相应的着色控制电路工作,即KM1、KM2、KM3闭合,紫外灯启动、风机抽风,同时变频器电源加上,如果停止按钮SB2闭合,则KM1、KM3立即断开,KM2延时5min 断开,以便使炉子降温,以起到保护紫外灯管的作用。

ZF 按钮断开选择复绕时,则不启动着色电路,如果启动开关SB1闭合,则只有变频器电源加上,同时指示灯显示准备状态,再按一下启动开关SB1,则驱动器使能加上,只要给定一个速度值光纤着色机控制系统的4个电机就可运转起来了。

图3中排线分别由4个开关控制,即左排换向GK1、右排换向GK2、左排左超限XK3、右排超限XK4。

当光电开关GK2断开一次,则KA4吸合,排线左排,当光电开关GK1断开一次,则KA5吸合,排线右排。

当左快排按钮SB5或右快排按钮SB6闭合,则KA2吸合,排线电机快速运转进行排线,XK3左排超限,XK4右排超限,是为了防止光电开关损坏而增加的保护措施。

其它还有SB3禁声开关,当有报警时,按一下消除报警。

SB4为手动换向开关,起手工换向作用。

图3　P LC 控制的输入输出接口电路图3.2　PLC 控制程序根据光纤着色机的工作运行状态,首先确定各个动作的先后次序和相互关系,写出PLC 各输出与输入信号的逻辑关系,再由逻辑关系转化为程序。

具体控制程序见表1所示。

4　速度同步控制在光纤着色机自动控制系统中,为了保证光纤在着色和复绕过程中张力恒定,4个交流电机需要保持速度同步。

光纤着色机的运动控制关键就是放线电机、牵引电机、收线电机、排线电机的速度给定的同步,为了保持4个电机的速度同步,将牵引电机速度给定和张力反馈迭加后,作为放线电机、收线电机、排线电机的速度给定,控制电路如图4所示。

IC 1:C 是比例放光纤着色机自动控制系统的设计与实现　黄友锐表1　PLC控制程序清单序号和指令字 操作数注释说明0LD000001OR002002AND NOT000013AND NOT000074OUT002005LD002006OR011007AND000028AND NOT TIM0009OUT01100风机工作10LD0020011TIM000延时5min#030012LD0120013LD0000014LD0120215OR NOT0020016OR0050017SFT01201218LD0120119OUT01005启动20LD0020021AND0000222OUT01101点燃灯管23LD NOT0060024LD0000425LD0060126OR0001027OR0001128OR0010129OR0010530SFT060631LD0001032OR0010133OR0020134OR0000435AND0010536AND0001137AND00600序号和指令字 操作数注释说明38OUT00201排线换向39LD0020140OR0000541AND0000642AND TIM00543OUT01000排线右排44LD NOT0020145OR0000646AND NOT0000547AND TIM00548OUT01101排线左排49LD NOT0020550TIM005延时5s#000551LD0100052OUT01002左排指示灯53LD0100154OUT01003右排指示灯55LD0000556OR0000657OUT01006排线快排58LD0000759OR0000860OR0000961OR0010062OR0050063AND NOT TIM00164OUT0050065TIM001延时6s#000666LD NOT0070067LD0030068LD0100569SFT00700770LD0050071OR0050172OR0100773AND NOT0070074OUT01007系统报警75END结束大器,调节R W1滑动头位置就可以调节放大系数,IC1:D为积分器,调节R W2滑动头的位置就可以调节积分器的积分时间常数,R W3为张力反馈电位器,通过调节R W4可以调节张力反馈的大小,IN为牵引电机速度给定信号。

牵引电机的速度给定经过由IC1:C和IC1:D组成的PI调节器和张力反馈迭加后输出一个平滑的升降速信号,有效的控制了系统在升降速过程中由于各自的转动惯量差异而带来的速度不同步现象。

(下转第42页)压计算出热值,以1～5V 和4～20mA 信号传送给加热炉,参于计算机燃烧控制和煤气混合站显示仪,以及正在实施的利用热值仪热值参数进行煤气结算系统。

由于煤气压力波动变化大,引起流量变化,可影响测量精度,微机采用了补偿运算及WI =K ·Δt ·Δp a /Δp g 进行校正,确保了精度。

其中,W I 为热值指数;K 为计算系数;Δt 为废气温升;Δp a 为空气差压;Δp g 为煤气差压。

2　系统特点该系统的特点有:自动进行热值的标定;自动点火灭火、自动点燃;安全因素的判断和处理;高精度的补偿运算保证测量精度;设定有关参数简单,采用菜单式,断电,数据保持锁定。

主要技术指标:测量范围为6280～10467J (1500～2500大卡);测量精度为±1.5%;响应时间<4s ;系统滞后时间<2min ,标定周期为6个月。