光纖并帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)

摘 ?要：光纖并帶機(jī)主要用于光纖帶并帶，可用于生產(chǎn)4芯、6芯、12芯等多種規(guī)格光纖帶。本文論述了光纖并帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理，并就光纖并帶生產(chǎn)過程中的光纖放線、光纖帶收線張力的穩(wěn)定性，光纖帶收排線的平整度以及生產(chǎn)過程中供膠及UV固化爐功率的控制等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)及解決辦法做了具體闡述。應(yīng)用本設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)的光纖并帶機(jī)已經(jīng)在國內(nèi)光纜生產(chǎn)廠家投入使用，并取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：光纖通信;光纖并帶機(jī);電氣控制

中圖分類號：TN818 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(chǎn)工藝中的一道關(guān)鍵工序。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模鋪開，光纜的需求量與日俱增，光纖并帶機(jī)作為生產(chǎn)光纖帶的專用設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)各大中型光纜生產(chǎn)廠中得到廣泛應(yīng)用。通過對國內(nèi)以及國外光纜生產(chǎn)廠家的調(diào)研，結(jié)合各廠家對光纖并帶機(jī)提出的改進(jìn)意見及改進(jìn)需求，我公司改進(jìn)研制的光纖并帶機(jī)進(jìn)一步提高了整機(jī)的自動(dòng)化程度，更加便于生產(chǎn)操作人員使用，其主要具有以下特點(diǎn)：

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

（2）設(shè)備中各控制器間采用Profinet通信協(xié)議組網(wǎng)，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，同時(shí)也更加便于對設(shè)備中各部件進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)及維修。

（3）在運(yùn)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障會(huì)自動(dòng)報(bào)警并降速停機(jī)，同時(shí)還可以通過人機(jī)操作界面查詢相關(guān)故障信息。

1 ?光纖并帶機(jī)的構(gòu)成

光纖并帶機(jī)主要由光纖帶放帶單元、光纖放線單元、供膠控制系統(tǒng)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(tǒng)的組成與功能

在光纖并帶機(jī)電氣控制系統(tǒng)中，我們從光纖并帶生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況出發(fā)，同時(shí)吸收消化國外如芬蘭Nextrom公司，奧地利M&S公司所生產(chǎn)的同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)控制系統(tǒng)采取了上位機(jī)與下位機(jī)之間通過Profinet通信協(xié)議進(jìn)行通信組網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案。上位機(jī)作為生產(chǎn)管理級，它的服務(wù)對象主要是生產(chǎn)現(xiàn)場的相關(guān)操作人員。下位機(jī)作為生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控級，需要服務(wù)整個(gè)生產(chǎn)過程，它的主要工作是采集生產(chǎn)過程中的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，運(yùn)行軟件中設(shè)計(jì)的控制算法并執(zhí)行相關(guān)控制輸出。

2.1 ?光纖并帶機(jī)控制系統(tǒng)的上位機(jī)

本設(shè)計(jì)方案中選用了威綸MT8071ip觸摸屏操作面板作為上位機(jī)，配有7寸TFT LCD顯示器，其分辨率可達(dá)800*480，I/O端口提供了10/100 Base-T*1以太網(wǎng)絡(luò)接口。

上位機(jī)的主要功能如下：

（1）對生產(chǎn)過程中的相關(guān)參數(shù)的實(shí)際測量值，如模具溫度、供膠壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

（2）通過上位機(jī)，現(xiàn)場操作人員可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)對下位機(jī)中運(yùn)行的相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)值進(jìn)行修改。

（3）顯示當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并可以對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障提供查詢。

2.2 ?光纖并帶機(jī)控制系統(tǒng)的下位機(jī)

下位機(jī)采用了西門子可編程邏輯控制器S7-1200，它是一款外形設(shè)計(jì)緊湊，模塊化的可編程控制器，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制、同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)與人機(jī)操作界面的網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)，在許多工業(yè)領(lǐng)域都使用它來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的自動(dòng)化控制。本控制系統(tǒng)采用了CPU-1215C作為中央處理器對光纖放線、供膠系統(tǒng)、UV固化爐、牽引控制和收線排線等部分進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，另外還擴(kuò)展了三個(gè)模塊分別為SM1223、SM1231和SM1223，用于采集和輸出相關(guān)數(shù)字及模擬量信號。

3 ?光纖并帶機(jī)的控制過程及特點(diǎn)

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

本光纖并帶機(jī)是在學(xué)習(xí)了國內(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。它主要有以下幾方面優(yōu)勢：

（1）電氣部分根據(jù)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(jī)柜內(nèi)，減少相互間的電磁干擾。

（2）采用分布離散式的控制系統(tǒng)，減小設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的震動(dòng)。

（3）采用兩臺(tái)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(xié)議對系統(tǒng)的各組成部分進(jìn)行組網(wǎng)，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，同時(shí)也更加便于對設(shè)備中各部件進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)及維修。

（5）在光纖進(jìn)入涂覆系統(tǒng)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(dòng)，保證了生產(chǎn)出光纖帶的平整度滿足工藝要求。

4 ?相關(guān)重要環(huán)節(jié)的處理

與傳統(tǒng)光纖并帶機(jī)相比，本機(jī)在工藝上及電氣控制上都采取了很多新的方式，在生產(chǎn)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(wěn)定性控制、以及排線精度的控制，都對生產(chǎn)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(biāo)提供了可靠的保證。

4.1 ?光纖并帶收放線張力的穩(wěn)定

本機(jī)的12芯以下光纖帶并帶速度最高可達(dá)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(chǎn)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(shí)時(shí)盤徑是在逐漸發(fā)生變化的。而與之對應(yīng)的生產(chǎn)速度不變，這就需要通過PLC內(nèi)的盤徑計(jì)算控制算法來不斷地對收放線盤的旋轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，從而保證收放線張力的穩(wěn)定。收放線舞蹈器的穩(wěn)定性能夠直觀反映出收放線張力的穩(wěn)定性，為了確保整個(gè)并帶過程中放線和收線舞蹈器的穩(wěn)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(jī)、收線電機(jī)、排線電機(jī)則統(tǒng)一選用了松下A5伺服控制器，保證了電機(jī)運(yùn)行速度的一致性。經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，這樣可以使收放線舞蹈器穩(wěn)定地保持在適中的位置并且生產(chǎn)運(yùn)行過程中不需要人工干預(yù)，從而保證了光纖并帶過程中收放線張力的穩(wěn)定性。經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場調(diào)試，用這種方法完全滿足光纖并帶生產(chǎn)的工藝要求。

4.2 ?保證光纖帶收排線的平整度

光纖并帶機(jī)在高速并帶過程中收排線的穩(wěn)定性是要研究的一項(xiàng)重要技術(shù)。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(biāo)的好壞。由于并帶過程中并帶的速度最高可達(dá)500m/min，特別是當(dāng)排線到達(dá)盤邊時(shí)的換向過程很快，為了實(shí)現(xiàn)收排線的精確換向，我們將收線排線電機(jī)伺服控制器內(nèi)部分頻器的編碼器信號輸入到S7-1200的高速計(jì)數(shù)口中，這是兩路可以存儲(chǔ)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度和方向并且互差90度的方波脈沖信號，鑒于伺服電機(jī)具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(dāng)前的排線位置，從而實(shí)現(xiàn)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(jìn)行設(shè)置，PLC會(huì)將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的脈沖數(shù)值保存;在并帶過程中，每到對應(yīng)的盤邊位置，PLC就會(huì)控制排線伺服電機(jī)進(jìn)行換向，從而保證了光纖帶在高速并帶下排線到盤緣時(shí)換向的可靠性，不會(huì)在收線盤上產(chǎn)生堆疊或者在盤邊緣形成凹陷及堆起狀態(tài)。由于設(shè)備在運(yùn)行過程中具有很好的動(dòng)態(tài)性能，所以只需在每次并帶開始時(shí)進(jìn)行一次盤邊位置設(shè)置，在光纖并帶生產(chǎn)過程中不需要再次進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，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(nèi)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(jī)中采用了兩臺(tái)FusionUV固化爐，固化燈管的功率可調(diào)節(jié)，最大功率可達(dá)到7.5Kw。供膠系統(tǒng)中采用Festo比例調(diào)壓閥對供膠罐內(nèi)的供膠壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過PLC中的軟件算法，根據(jù)并帶速度的變化來自動(dòng)調(diào)整供膠罐內(nèi)的供膠壓力和UV固化燈管的功率，以達(dá)到理想的并帶效果。同時(shí)，在進(jìn)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(dòng)性，對光纖帶的平整度指標(biāo)也起到了很好的保證作用。

5 ?結(jié) ?論

使用本控制系統(tǒng)研制的光纖并帶機(jī)已經(jīng)在國內(nèi)市場投入使用，在一定程度上提升了國內(nèi)光纜廠的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是良好的人機(jī)操作界面和較高的可靠性獲到了廠家的好評，已經(jīng)接近國外公司同類產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)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(shè)備自動(dòng)化控制。