CN105417283A - 电缆的收排线自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆的收排线自动控制系统,该控制系统包括主控制器，主控制器上分别连接用于控制排线机构的排线伺服控制单元和用于控制收线机构的收线控制单元；本发明设计的控制系统中各驱动器、电机及相关部分实现恒速收线、紧密均匀排线，自动精确的调整排线节距，使排线电机的转速能够跟随收线电机转速的变化而变化，而且该自动控制系统保证了线缆在排线到盘缘时能够精确换向，不会由于人工调整使盘缘有凹陷或堆起现象；节省了大量劳动力的同时，提高了生产效率和产品的质量。

Description

电缆的收排线自动控制系统
技术领域
本发明涉及电缆的收排线自动控制系统，属于电缆生产设备的技术领域。
背景技术
目前，FTTH皮线光缆的收排线装置样式种类繁多，其中的排线系统大多采用异步电动机带动光杆排线器进行排线，收卷和排线电机是分开控制，收线盘由空盘到满盘进行排线时，排线速度(排线节距)通常由人工调节电位器调节排线电机的转速完成，况且线缆的规格线径大小不一，每更换一种规格就要调整一次排线节距(排线速度)，虽然能在排线器上直接调节档位，但不可能一次调整到位，这样就影响了排线质量；因为排线器为机械结构，长期运转不可避免的降低机械精度，有时还会出现排线器偷停现象；由此带来的人工调整方法很难满足工艺需要，既不安全也不可靠，更换产品规格需要调整机械参数，增加了劳动强度；再加之长期使用导致换向机械磨损大、噪音大和排线精度降低情况，致使排线出现“骑马”现象等缺点，严重影响产品质量和生产效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了电缆的收排线自动控制系统，解决由于人工调整排线节距造成精度下降、过程繁琐、劳动强度过大的技术问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
电缆的收排线自动控制系统，所述的控制系统包括主控制器，主控制器上分别连接用于控制排线机构的排线伺服控制单元和用于控制收线机构的收线控制单元。
进一步的，所述收线机构包括一个机架、机架上设置有所述收线控制单元、由收线控制单元驱动的收线减速器、沿收线盘轴向伸缩的伸缩机构，以及用于顶压收线盘的第一压紧件和第二压紧件；第一压紧件和第二压紧件之间用于设置收线盘；收线减速器输出与第一压紧件固定连接，伸缩机构输出与第二压紧件转动配合。
进一步的，所述的排线伺服控制单元由伺服电机和与之相连的伺服驱动器构成；所述的收线控制单元由收线电机和与之相连的变频器构成；伺服驱动器和变频器分别连接至主控制器相应端口。
进一步的，所述的主控制器的两个输入端分别接有收排线装置中的排线内反向接近开关和排线外反向接近开关。
进一步的，所述的主控制器为PLC控制器。
进一步的，所述的收线控制单元中还包括编码器，编码器连接到所述的主控制器上的一个I/O端口。
进一步的，该主控制器的输出端还接入触屏式的人机交互设备，该人机交互设备中还配置有按钮操作键。
进一步的，所述的主控制器上扩展一个用于输出模拟信号的模拟量模块。
本发明的有益效果是：
本发明提出了电缆的收排线自动控制系统，该控制系统主要包括：PLC控制器、排线伺服控制单元和收线控制单元。伺服控制单元由伺服电机和伺服驱动器组成；收线控制单元由收线电机和变频器组成。采集收线电机的速度到PLC中,并根据在PLC中编制的收排线速度控制程序，发出的高速脉冲和电机转动的方向信号以控制伺服电机旋转，从而PLC控制系统中各驱动器、电机及相关部分实现恒速收线、紧密均匀排线，自动精确的调整排线节距，使排线电机的转速能够跟随收线电机转速的变化而变化；而且该自动控制系统保证了线缆在排线到盘缘时能够精确换向，不会由于人工调整使盘缘有凹陷或堆起现象；节省了大量劳动力的同时，提高了生产效率和产品的质量，在一定程度上对电缆的收排线装置起到了保护作用。
本发明中还配置人机交互设备，该人机交互设备具有触摸屏形式的人机界面，还配合有现场按钮操作键。操作人员可以通过触摸屏直接对PLC里需要处理的存储器进行访问，可以对PLC存储器进行实时显示和修改，从而使系统调整到最佳状态。并且触摸屏还具有设计简单、操作方便等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的收排线装置示意图；
图2是本发明实施例的收排线电机控制电路图；
图3是本发明实施例的PLC电路图；
图4是本发明实施例的人机界面示意图；
图5是本发明实施例的人机界面中“设置基本参数”部分示意图；
图6是本发明实施例的人机界面中“排线微调”部分示意图；
图7是本发明实施例的人机界面中“参数显示”部分示意图；
图中：1.伺服电机，2.收线电机，3.排线减速器，4.收线减速器，5.编码器，6.排线螺纹丝杆，8.架托，9.收线盘，10.顶锥，11.气嘴，12.气缸，13.支架，17.辅助垫板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
电缆的收排线自动控制系统，该系统主要由主控制器、排线伺服控制单元和收线控制单元。收线控制单元主要用于控制收线机构的运作，排线伺服控制单元主要用于控制排线机构的运作。排线伺服控制单元由伺服电机和伺服驱动器组成，收线控制单元由收线电机2和变频器组成。
本实施例中选取的控制器为PLC控制器，PLC的端口分别接入伺服驱动器、变频器，用于发送和传输指令，伺服电机由伺服驱动器控制，收线电机由变频器控制；收线电动机的同轴上还安装有编码器，用于采集收线电机上的速度信号传输给PLC；PLC的一端口还接有人机交互设备，排线机构上的内反向接近开关和排线的外反向接近开关接入PLC的输入端；下面对该自动控制系统的各个部分及其工作原理进行详细说明。
(1)主控制器
如图3所示，本实施例中选用的主控制器为可编程逻辑控制器PLC，型号为西门子S7-200(CPU224XP)。本实施例中的PLC还配置了扩展模拟量模块EM232，通过D/A转换用于输出模拟量。PLC中各个I/O接口的具体功能如下：
I0.0、I0.1和MO端口连接编码器；I0.5和I0.6端口分别连接排线外反向和内反向接近开关；I0.7端口连接收线钮子开关4S1，I1.0和I1.1端口接入排线机构中的排线快排(左)和快排(右)自动复位钮子开关4S3；I1.2端接入收线装置的储线限位开关4S4；I1.3端口接入排线内外反向越位开关4S5和4S6；I1.4端口接急停按钮4S15；I1.5端口接排控制器故障；Q0.2端口用于输出排线运转指令；Q0.5端口用于输出排线运转指令；Q0.6端口用于输出收线装置的储线电机运转指令；Q0.7端口用于输出故障指示；Q1.0端口用于输出排线指示,；Q0.0和Q0.1端口用于输出排线速度脉冲。
PLC的模拟端A+连接收线装置的储线张力电位器的中心插头、模拟端A
输出用于输出的模拟量为收线给定。对于PLC的扩展模块EM232的输出端口MO和VO分别接到伺服驱动器的模拟输入端GND和V-REF，输出模拟信号200和42A4。
PLC通过编辑运行主程序和子程序实现其功能控制，PLC开机后通过扫描运行初始子程序，完成系统存储器相关数据初始化；然后，将编写好的程序通过电缆线传输给PLC中使其输出高速脉冲和方向信号，从而实现对系统各部分的控制。整个PLC程序主要分为高速脉冲控制和高速计数两部分。
设计PLC程序还可以调整和设定排线节距。由于收排线装置中的收线盘是会逐渐发生变化，而生产速度是恒定，因此需要通过编辑PLC程序修改排线速度以跟随收线运转，从而保证排线节距。
(2)编码器
编码器安装在收线电动机的同轴上，用于采集收线电机上的收线速度并发送给PLC，通过模拟量模块转换调节排线伺服控制单元以实时控制排线速度，使排线速度始终匹配收线速度。从而保证电缆能均匀的分布在收线盘具上，不会出现凹凸不平的状况。
(2)变频器
本发明的变频器的作用为收线电机的驱动器，通过PLC发送的指令控制收线电机的转速，型号为矢量型MD320系列变频器，该变频器可以提高系统的动态响应能力，克服了由于工艺参数改变引起的速度波动，使收线速度较稳定。
(3)排线伺服控制单元
如图2所示，排线伺服控制单元包括：伺服驱动器和伺服电机。本实施例中选取的伺服驱动器的型号为ADS-BO421B-A控制器，伺服驱动器的主电源和控制电源为220VAC，选用的伺服电机的电源液位220VAC。其中，伺服驱动器的输入端接入到PLC扩展模块上，通过接受PLC发出的高速脉冲和电机转动的方向信号以控制伺服电机旋转，然后，由于电机旋转编码器输出信号并再传输给伺服驱动器从而形成A相和B相正交信号，将该信号再发送给PLC作为其高速计数器的信号源。PLC、伺服电机和伺服驱动器之间通过屏蔽电缆连接。
伺服排线系统的工作原理如下：
控制卷绕主轴传动的感应式交流异步电动机和伺服电机分别设置为主-从工作方式，分别采用独立驱动。伺服电机采用为孩子控制模式，跟随异步电动机同步运行。修改排线伺服电机电子齿轮系数比来单独设置线缆直径，伺服电机以转速n1驱动丝杠正或反转，使收线架左或右平移排线，通过接近开关实现电机换向。当收线电机以恒线速度n收卷时，设定排线丝杠螺距为m，伺服电机通过1:3的减速器拖动丝杠，则排线伺服电机的转速n1与收线电机转速n关系如下：
n 1 = 3 × d m × n
丝杠螺距为m为已知，在收排不同规格的电缆时，只要检测出收线电机转速n并设定相应的直径d即可按计算公式获得排线电机伺服电机转速n1。
设当前收线电机的转速为n，旋转编码器的分辨率为k，则旋转编码器输出频率为f1：
f 1 = n 60 × k
根据上述方式在PLC中编辑指令，设定不同规格的线缆直径d、并计数换层信号，用脉冲旋转编码器检测收卷电机转速，编制收排线速度控制程序；从而PLC预先编制的程序控制系统中各驱动器、电机及相关部分实现恒速收线、紧密均匀排线。
(4)人机交互设备：
如图4至图7，设定的人机交互设备中的人机界面触摸屏的形式，型号为威伦公司生产的MT6050。人机人界面直接和PLC中要处理的存储器进行访问，并且可以PLC存储器进行实时显示和修改。机界面的主要功能包括：设定收线速度、设定节距、修正排线节距、排线左右开档距离微调、修正线缆直径等。人机界面简单快捷，采用点击菜单并且分层次式的打开各画面进行参数设定。
利用触摸屏的组态软件，可通过PLC对其控制界面和图像参数进行编辑，从而通过人机界面即可实时监控到收线电机和伺服电机相关数据。以排线左右开档距离微调为例，设计的基本思路为：若收线盘的宽度分别为：315mm、425mm和496mm；其中，以315mm盘为准，排线左右开档调节范围设定为因定的-40mm～+40mm，对应脉冲数计算方式＝40mm÷5mm×电机减速比，若收线盘宽度为425mm，则在315mm盘外排宽度上增加110mm，对应脉冲数计算方式＝110mm÷5mm×电机减速比；496mm宽度的收线盘计算方式同425mm宽度的收线盘。
本发明设计的人机界面除了触摸屏外，还设有按钮操作键，实现手/自动切换、联动、启动/停止等多种功能。
上述的收线机构中包含一个机架，在机架上设置有收线控制单元、由收线控制单元驱动的收线减速器、沿收线盘轴方向伸缩的伸缩机构、以及分别用于顶压收线盘两端的第一压紧件和第二压紧件。收线减速器输出与第一压紧件固定连接，伸缩机构输出与第二压紧件转动配合；第一压紧件和第二压紧件之间用于设置收线盘9。
本实施例中的第二压紧件为顶锥10，由于常用的收线盘规格为￠315、￠500、￠630，本发明可以适合不同规格的收线盘，在顶锥上还可以增加套或长节用于改变其长度。
伸缩机构由气缸12构成，在气缸上设置有气嘴11，通过调整气嘴可以改变气缸的伸缩运动，从而控制顶锥施加给收线盘的顶紧力。上述收线电机2可以驱动收线减速器4中的卷轴产生卷动力。
该收线机构的机架由架托8和两个支架13构成。两个支架13支撑其架托8，所设计的机架可以根据需求调整收线盘距离地面的高度。
该收线机构还包括有一个辅助垫板17，该辅助垫板设置在收线盘正下方的架托上。通过调整辅助垫板的高度可用于针对不同辅助垫板增减不同收线盘距地面高度，在拆卸收线盘时，收线盘可以通辅助垫板自由滚落到地，避免增加拆卸的劳动强度。
基于上述收线机构的实施例，所述收线机构的使用工作原理如下：
电缆收排线装置工作前，将收线盘沿收线机构的轴向方向设置于第一压紧件和第二压紧件之间，使收线盘两端的夹紧部分分别和第一压紧件和第二压紧件对准。气缸通过运动控制顶锥的伸缩距离，实现对收线盘的顶紧。收线盘的另一端和第一锁紧件夹紧。电缆的收排线装置开始工作后，运行收排线自动控制系统，收线电机驱动收线减速器中的卷轴产生收卷力使收线盘跟随其旋转，从而实现无轴收线。
作为其他实施方式，本发明还可以选用其他形式的人机交互形式实现对控制系统中数据参数的操作、访问和控制。
本实施例中的主控制器选用的可编程逻辑控制器，仅为优选的实施例，并不是对本发明的限制。作为其他实施方式，本发明还可以选用其他形式的控制器，如DSP信号处理器或CPU中央处理器等。

Claims (8)

1.电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括主控制器，主控制器上分别连接用于控制排线机构的排线伺服控制单元和用于控制收线机构的收线控制单元。
2.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述收线机构包括一个机架、机架上设置有所述收线控制单元、由收线控制单元驱动的收线减速器、沿收线盘轴向伸缩的伸缩机构，以及用于顶压收线盘的第一压紧件和第二压紧件；第一压紧件和第二压紧件之间用于设置收线盘；收线减速器输出与第一压紧件固定连接，伸缩机构输出与第二压紧件转动配合。
3.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述的排线伺服控制单元由伺服电机和与之相连的伺服驱动器构成；所述的收线控制单元由收线电机和与之相连的变频器构成；伺服驱动器和变频器分别连接至主控制器相应端口。
4.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述的主控制器的两个输入端分别接有收排线装置中的排线内反向接近开关和排线外反向接近开关。
5.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述的主控制器为PLC控制器。
6.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述的收线控制单元中还包括编码器，编码器连接到所述的主控制器上的一个I/O端口。
7.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，该主控制器的输出端还接入触屏式的人机交互设备，该人机交互设备中还配置有按钮操作键。
8.根据权利要求1所述的电缆的收排线自动控制系统，其特征在于，所述的主控制器上扩展一个用于输出模拟信号的模拟量模块。
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