何勤國，盧松濤

（1.光纖光纜制備技術(shù)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(tǒng)設(shè)計

何勤國1，盧松濤2

（1.光纖光纜制備技術(shù)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(chǎn)中采用固定重量在線篩選收線機的電氣控制系統(tǒng)做了一定的闡述。該控制系統(tǒng)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(xiàn)邊生產(chǎn)邊篩選，將傳統(tǒng)的篩選工序融合到拉絲工序中，在收線機上實現(xiàn)。

拉絲；篩選；控制系統(tǒng)；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(yīng)力的點去除,保證幸存光纖的機械可靠性。IEC60793-1-30-2001規(guī)定的篩選試驗方法為縱向力法。傳統(tǒng)工藝流程,生產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)線上(即拉絲塔上),光纖經(jīng)過第一個牽引機構(gòu),按一定張力放出光纖,經(jīng)過第二個牽引機構(gòu),然后回到收線裝置。兩個牽引輪之間,施加設(shè)定張力?；瑒訉?dǎo)輪為施力元件,它靠滑動導(dǎo)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(diào)節(jié)兩牽引輪線速度同步的調(diào)節(jié)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(chǎn)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(rèn)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(tǒng)的設(shè)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(tǒng)作為牽引裝置的驅(qū)動和收線機構(gòu)的驅(qū)動。

2.1 控制系統(tǒng)方框圖

控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)方框圖Fig.1 Control system block diagram

臺灣威倫觸摸屏通過以太網(wǎng)與控制器通訊,作為操作人員、工程師操作和設(shè)置參數(shù)使用?？刂破魍ㄟ^profibus總線與各驅(qū)動機構(gòu)建立聯(lián)系并指揮各驅(qū)動協(xié)調(diào)運行。PROFIBUSDp用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須要比

主站 (PLC)程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外, PROFIBUS-Dp還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài).診斷和報警處理。傳輸技術(shù)：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(tǒng),總線上最站點(主-從設(shè)備)數(shù)為126。功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)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(jìn)行配置,每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。設(shè)備類型：第二類DP主站(DPM2)是可進(jìn)行編程.組態(tài).診斷的設(shè)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(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)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(shè)定篩選的張力；V：篩選的速度；L：篩選經(jīng)過的光纖長度區(qū)域；n：老化常數(shù)。

2)速度跟隨算法公式

F：實際張力；S：光纖截面積。根據(jù)光纖產(chǎn)品的實際情況事先設(shè)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(shù)。

3)一階濾波算法

在該系統(tǒng)中,對所有的模擬量輸入采用編制的慣性濾波子程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)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(shù)。根據(jù)整個PLC程序掃描周期來確定 Q[3]。

2.3 驅(qū)動總線地址規(guī)劃及電機的選擇

根據(jù)機械結(jié)構(gòu),選擇丹佛式變頻器VLT2915驅(qū)動交流電機應(yīng)用在放線,收線和排線上。兩個牽引機構(gòu)采用松下的伺服驅(qū)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(qū)動速度、讀取狀態(tài)等值。下面是規(guī)劃的總線地址及功能描述：主控制器S7300,地址01,是系統(tǒng)中央控制器,包含邏輯運算和各種算法；牽引驅(qū)動1,地址10,負(fù)責(zé)拉絲線上的光纖牽引；牽引驅(qū)動2,地址11,負(fù)責(zé)篩選實施張力；A筒旋轉(zhuǎn)驅(qū)動,地址12,負(fù)責(zé)A筒收取光纖；B筒旋轉(zhuǎn)驅(qū)動,地址13,負(fù)責(zé)B筒收取光纖；排線驅(qū)動,地址14,負(fù)責(zé)給AB筒上的光纖排列[4-6]。

2.4 控制系統(tǒng)流程圖

控制系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)流程圖Fig.2 Control system flowchart

根據(jù)流程圖完成控制程序的整體架構(gòu)設(shè)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(shè)計

人機界面中設(shè)定用戶和密碼,操作人員僅能設(shè)定操作參數(shù)和查看相關(guān)記錄；調(diào)試與維護(hù)人員還能查看和修改維護(hù)參數(shù)。操作工藝參數(shù)設(shè)定有：上筒速度、最終篩選速度、設(shè)定光纖長度；顯示參數(shù)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(hù)參數(shù)有：升速時間常數(shù)、排線間隙常數(shù)、放線電機驅(qū)動常數(shù)、收線電機驅(qū)動常數(shù)、排線電機驅(qū)動常數(shù)、牽引1#電機驅(qū)動常數(shù)、牽引2#電機驅(qū)動常數(shù)。

2.6 報警功能設(shè)計

兩級報警。急停發(fā)生,PLC所有輸出失效,各種電機驅(qū)動斷電；一般報警產(chǎn)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(qū)動故障、ALARM.1收線電機驅(qū)動故障、ALARM.2排線電機驅(qū)動故障、ALARM.3牽引1#電機驅(qū)動故障、ALARM.4牽引2#電機驅(qū)動故障、ALARM.5纖斷、ALARM.6光纖已到定長、ALARM.7保護(hù)罩未到位、ALARM.8排線故障。

3 結(jié)束語

在當(dāng)前實際生產(chǎn)中,依據(jù)該設(shè)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(shè)計可行。值得在生產(chǎn)中推廣。

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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(tǒng)及電氣自動控制。