一種輻照線纜表面品質(zhì)保護(hù)裝置

摘 要：在電線電纜輻照加工中經(jīng)常會出現(xiàn)斷線、跳輥、刮線、磨線等損傷線纜的輻照質(zhì)量事故，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。文章論述采用一種保護(hù)裝置，一旦發(fā)生斷線電路立即報警停機(jī)，防止事故擴(kuò)大，避免造成較大的損失。

關(guān)鍵詞：接近開關(guān)；窗口比較器；線速度；頻率基準(zhǔn)

1 設(shè)計思想

輻照線纜中發(fā)生的質(zhì)量事故，大多由于過線輪，邊輪不轉(zhuǎn)動造成。如果各個導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動靈活，在正常輻照時，導(dǎo)輪將與線纜同步運(yùn)行。一旦導(dǎo)輪停止轉(zhuǎn)動，不外乎線纜跳輪和導(dǎo)輪卡死兩個原因。鑒于此，我們?nèi)绻軌驅(qū)?dǎo)輪轉(zhuǎn)動信號取出處理，就能夠有效地解決部分品質(zhì)事故。

1.1 圖1說明

圖1主要由編碼器檢測作主速度信號，各過輪接近開關(guān)檢測信號做比較。線纜進(jìn)輻照廳經(jīng)過線輪纏繞在束下滾筒上，再經(jīng)過線輪出輻照廳。輻照時線纜帶動過線輪一起轉(zhuǎn)動。

1.2 電路元器件選型與參數(shù)

過線輪：直徑250mm、材質(zhì)：SUS304

接近開關(guān)：LJ電感式接近開關(guān)。由于輻照廳內(nèi)部環(huán)境惡劣，所以選擇屏蔽式接近開關(guān)，設(shè)定距離0～8mm

編碼器：推挽型編碼器，帶負(fù)載能力較強(qiáng)

供電電源：DC24V

1.3 信號處理

從接近開關(guān)輸出的方波信號引出輻照廳后接入控制器進(jìn)行處理，包括：脈沖輸入、轉(zhuǎn)換、比較、輸出、報警等單元電路。

1.4 圖2說明

（1）脈沖輸入電路：因為輻照廳環(huán)境惡劣，電機(jī)、束流等產(chǎn)生干擾，接近開關(guān)發(fā)出的方波信號嚴(yán)重失真，將使得后續(xù)計數(shù)產(chǎn)生誤差，誤報警，為此需要將輸入的脈沖方波整形。（2）轉(zhuǎn)換電路：使用轉(zhuǎn)換器的目的是將方波數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量與給定的模擬量比較，以便確定報警電路是否報警。（3）比較電路：我們不但需要將過線輪不轉(zhuǎn)動的靜止信號作為故障信號，而且還要將斷線瞬間過線輪超速轉(zhuǎn)動的信號作為故障信號，這樣比較電路就是一個窗口比較器。（4）驅(qū)動報警：聲光報警電路需要一個大功率信號，為此需要一個功率放大電路，功率4W左右。（5）顯示輸出：用編碼器檢測到表示主速度，用接近開關(guān)檢測到的信號表示各過輪線速度。給操作人員一個直觀的提示。

2 安裝與調(diào)試

除了檢測的接近開關(guān)、光電開關(guān)在輻照廳內(nèi)，其他全部電路均在輻照廳外，可以避免輻照廳內(nèi)臭氧、潮濕、射線等的影響。信號處理電路可以使用分離電路實現(xiàn)，也可以使用單片機(jī)實現(xiàn)，我們使用的是單片機(jī)。安裝前須調(diào)試電路，具體步驟如下：

2.1 主要調(diào)試儀器

（1）24V直流電源一臺，為硬件電路供電。（2）方波發(fā)生器一臺，模擬輸入信號。輸出電壓0～24V可調(diào)，信號頻率0～100Hz可調(diào)。（3）示波器一臺，觀察各點信號波形。（4）直流可調(diào)電源，電源輸出0～24V，作為模擬量輸入信號源。（5）數(shù)字萬用表一臺。

2.2 調(diào)試過程

2.2.1 首先分級調(diào)試

（1）單片機(jī)經(jīng)按鈕開關(guān)接入24V電源。（2）由于過線輪直徑250mm，最大線速度400m/min，所以方波頻率約8.5Hz。將方波發(fā)生器頻率調(diào)整到8.5Hz，發(fā)生器輸出端接入單片機(jī)輸入。（3）脈沖輸入：用示波器測量電路輸入/輸出兩端信號，觀察方波波形是否失真，頻率是否漂移，方波前后沿上升、下降時間是否正確。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電容，電位器校正失真。由于信號頻率很低，通常不會產(chǎn)生高頻自激振蕩。如果有自激振蕩的現(xiàn)象，通常是電源濾波不良造成，可在電源端并聯(lián)一個幾十Pf的小瓷片電容消除自激。（4）轉(zhuǎn)換電路：電路輸出電壓的大小與方波頻率成正比，頻率越高，模擬量的輸出值越大。我們通過調(diào)節(jié)電位器，校正方波頻率與模擬量輸出值之間的對應(yīng)數(shù)量關(guān)系。首先設(shè)定基準(zhǔn)值，方波頻率8.5Hz時，調(diào)節(jié)電位器使得模擬量輸出等于10V，方波頻率下降到基準(zhǔn)值的70%時，模擬量輸出為7V。如果方波頻率大于8.5Hz，模擬量輸出值應(yīng)該超過10V。（5）比較電路：比較電路是一個由運(yùn)算放大器構(gòu)成的窗口比較器。我們創(chuàng)建了一個電平窗口，窗口范圍7～10V，對應(yīng)方波頻率6.0～8.5Hz。對應(yīng)線速度282～400m/min。

之所以窗口這樣設(shè)定，原因是如果線在運(yùn)行時跳槽，過線輪也會轉(zhuǎn)動，但是會逐漸慢下來。為了及早發(fā)現(xiàn)跳槽，我們認(rèn)為過線輪轉(zhuǎn)速降低到正常速度的70%時線已跳槽。當(dāng)比較器兩端的輸入電壓誤差超過設(shè)定值時，觸發(fā)報警輸出。

2.2.2 聯(lián)調(diào)

分級調(diào)試完成后，可以在現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)調(diào)。安裝接近開關(guān)，將電源，各輸入、輸出聯(lián)線分別聯(lián)接正確通電。啟動加速器束下，牽引線開始運(yùn)行，人為使得線纜掉輪、斷線，觀察電路工作狀況。主要是觀察電路反應(yīng)速度，是否能夠及時反應(yīng)故障狀況，關(guān)鍵是窗口選擇的是否合適，根據(jù)實際情況修改窗口電壓，使之適合現(xiàn)場工作要求。

3 現(xiàn)場運(yùn)行

目前我們僅在一臺設(shè)備上進(jìn)行了運(yùn)行試驗，在實際使用中一但發(fā)生掉線、掉棍等現(xiàn)象，該保護(hù)裝置能立即提示具體方位且發(fā)出聲光報警信號，通知加速器立刻停機(jī)進(jìn)入檢查。因此該裝置具有保護(hù)全面、報警靈敏、誤動作率低、使用可靠等優(yōu)點?，F(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果也比較滿意。

4 后續(xù)技術(shù)創(chuàng)新

在經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，我們發(fā)現(xiàn)由于線纜運(yùn)行速度與線纜大小有非常直接的關(guān)系，大小線纜使用的過線輪也不一樣。這樣針對不同的線纜就需要不同的電路參數(shù)，對于不同設(shè)備的使用需要匹配不同的設(shè)置參數(shù)。由于參數(shù)設(shè)定比較繁瑣，我們將不斷地繼續(xù)技術(shù)改良與創(chuàng)新，增加存儲、通訊等功能。

作者簡介：許森飛（1981-），男，江蘇南通，學(xué)歷：大專，專業(yè)：機(jī)電一體化。