隨著變頻調(diào)速、伺服控制、PLC控制、氣動控制等技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它們所具有的優(yōu)良控制性能及可靠性為實(shí)現(xiàn)包裝系統(tǒng)的自動化提供了可靠的保證。 包裝是電線電纜生產(chǎn)中的最后一道關(guān)鍵工序，其收線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)直接影響品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的BV、BVR、RV等規(guī)格的小線包裝通常是采用臥式收排線系統(tǒng)，其收卷速度調(diào)節(jié)用滑差調(diào)速或力矩控制電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)，排線機(jī)構(gòu)用光桿排線或由收線電動機(jī)帶動絲桿進(jìn)行排線。收卷好的電線運(yùn)用手工剪斷后從固定式盤芯中取下并扎帶，這樣包裝出的產(chǎn)品較為松散，電線排列零亂，外形不夠美觀。同時(shí)這種包裝方式不易形成自動化生產(chǎn)流水線。隨著變頻調(diào)速、伺服控制、PLC控制、氣動控制等技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它們所具有的優(yōu)良控制性能及可靠性為實(shí)現(xiàn)包裝系統(tǒng)的自動化提供了可靠的保證。 設(shè)計(jì)思路 由于采用臥式收排線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下線過程自動化相對困難，根據(jù)生產(chǎn)工藝結(jié)合控制因素采用立式收排線系統(tǒng)。運(yùn)用變頻器來實(shí)現(xiàn)自動下線及傳輸包裝，同時(shí)運(yùn)用PLC控制以上系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，運(yùn)用觸摸屏對整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)從收線到下線包裝整個(gè)過程的自動化。為了便于操作調(diào)整及應(yīng)急處理，對各個(gè)環(huán)節(jié)增加手動控制功能。 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 1．控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、收卷調(diào)速系統(tǒng)、排線系統(tǒng)、下線機(jī)構(gòu)、計(jì)米裝置、扎帶裝置、故障報(bào)警等組成。 （1）PLC硬件配置及I/O分配 控制系統(tǒng)的核心部件PLC采用三菱公司的FX2N-48MT可編程序控制器，該型號的PLC內(nèi)存為8KB，CPU為32 bit，內(nèi)置多個(gè)高速雙向計(jì)數(shù)器，可捕捉到20μs以上的脈沖，能同時(shí)方便準(zhǔn)確地捕捉到主電動機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號和計(jì)米裝置的長度脈沖信號，其指令系統(tǒng)豐富，除具有邏輯、算術(shù)、定時(shí)、步進(jìn)等功能外，其特有的脈沖輸出功能可在沒有其他輔助部件的情況下直接控制伺服系統(tǒng)的速度。該型號的PLc輸入、輸出點(diǎn)各24個(gè)，并加裝一塊16點(diǎn)的擴(kuò)展模塊，型號為Fx2N-16Ex。 [align=center] 圖1硬件構(gòu)成圖[/align] （2）收卷調(diào)速系統(tǒng) 收卷調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器、電動機(jī)、儲線位置檢測組成。收卷速度的快慢取決于速度給定及儲線位置的反饋。因此選用的變頻器必須至少具備可同時(shí)輸入兩路頻率信號的輸入端。通過比較，選擇具有先進(jìn)磁通矢量控制的三菱FR—A540系列變頻器，它具有3個(gè)頻率設(shè)定的輸入端子，可實(shí)現(xiàn)給定信號與反饋信號的疊加，同時(shí)三菱FR—A540系列變頻器采用“柔性脈寬調(diào)制”（soft—PWM）開關(guān)方式，可降低運(yùn)行噪聲，減少對外射頻干擾，有利于系統(tǒng)中PLC、伺服控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器的可靠運(yùn)行。其內(nèi)置制動單元外配制動電阻即可實(shí)現(xiàn)快速停車，保證計(jì)米長度的準(zhǔn)確性，而參數(shù)復(fù)制功能可將參數(shù)從一臺變頻器上復(fù)制到另一臺變頻器上，在多臺變頻器參數(shù)設(shè)置時(shí)極為方便?？刂葡到y(tǒng)接線圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 收卷系統(tǒng)接線圖[/align] （3）排線系統(tǒng) 采用光桿排線主要存在以下不足：①由于排線的寬度較小，換向極為頻繁，光桿排線機(jī)構(gòu)存在的慣性易造成排線不齊。②排線的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)不好控制。③排線節(jié)距微調(diào)不好控制。為克服光桿排線存在的不足，采用伺服控制系統(tǒng)帶滾珠絲杠的排線機(jī)構(gòu)。伺服電動機(jī)具有晌應(yīng)速度快，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，滾珠絲杠的慣量極小，這樣可以保證排線換向時(shí)電線的排列整齊。考慮到PLC采用三菱FX2N一48MT，為控制方便，選用三菱型號分別為MR—J2S一40A、HC—KFS43的伺服控制器和伺服電動機(jī)，并根據(jù)排線節(jié)距的大小選用進(jìn)給量為5 mm的滾珠絲杠。同時(shí)在收卷轉(zhuǎn)軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器采集收卷速度信號，確保排線速度與收卷速度同步。接線如圖3所示。 [align=center] 圖3 排線系統(tǒng)接線圖 [/align] （4）下線機(jī)構(gòu) 下線是實(shí)現(xiàn)自動化流水線的關(guān)鍵一步，其過程包括夾線、抱線、切線、盤芯伸縮、推桿、喂線、傳輸7個(gè)過程。采用電磁閥和氣缸組成的氣動控制系統(tǒng)對以上過程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。電磁閥和氣缸選用性價(jià)比高的亞德克產(chǎn)品，同時(shí)用磁性開關(guān)檢測氣缸的動作情況，將活塞位置信號反饋到PLC。 （5）扎帶裝置 收卷好的電線下線后如沒立即扎帶，電線容易松散開，為解決這問題，在下線口安裝扎帶裝置。扎帶裝置在檢測到扎帶信號后，自動在電線中間扎一道PP帶，保證電線在傳輸過程中不會松散。 （6）計(jì)米裝置 計(jì)米裝置主要由計(jì)米輪和旋轉(zhuǎn)編碼器組成。采用NEMICON公司型號為OVW2—006—2MHL，脈沖數(shù)為60的旋轉(zhuǎn)編碼器采集計(jì)米信號，實(shí)現(xiàn)對收卷長度的精確控制。 （7）監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)采用Digital公司Proface GP系列觸摸屏。采用GP—PRO／PBⅢV5．05軟件進(jìn)行編程，該軟件是Digital公司出品的針對GP系列觸摸屏的人機(jī)界面應(yīng)用程序組態(tài)軟件，具有使用簡單，組態(tài)方便等優(yōu)點(diǎn)，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，只要在組態(tài)時(shí)設(shè)置PLC類型和通信參數(shù)，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設(shè)置正確的PLC位地址或字地址，觸摸屏工作時(shí)就能根據(jù)不同PLC的通信協(xié)議建立起與PLC內(nèi)部地址的連接和通信。 軟件設(shè)計(jì) 1．PLC程序設(shè)計(jì) 編程采用編程軟件MELSECMEDOC專業(yè)軟件包，它基于個(gè)人計(jì)算機(jī)，適用于三菱公司PLC的用戶程序編制和監(jiān)控，通過SC一09RS232／RS422接口與PLC編程口相連，可用梯形圖或指令編程。本系統(tǒng)PLC程序根據(jù)功能分為6個(gè)模塊，分別為收卷模塊、排線模塊、計(jì)米模塊、下線傳輸模塊、HMI通信模塊、報(bào)警處理模塊。 1）收卷模塊根據(jù)生產(chǎn)線中上一工序的運(yùn)行情況及收卷長度控制變頻器的啟動、停止及速度轉(zhuǎn)換。 2）排線模塊根據(jù)收卷速度、排線的節(jié)距、排線的寬度等參數(shù)計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)向伺服控制器發(fā)送的脈沖數(shù)，達(dá)到排線速度與收卷速度的同步。 3）計(jì)米模塊根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼的脈沖數(shù)及計(jì)米輪的周長，計(jì)算出單個(gè)脈沖的長度，并通過觸摸屏對計(jì)米輪的周長修正，保證收卷長度誤差控制在千分之三以內(nèi)。同時(shí)在收卷長度達(dá)到設(shè)置長度時(shí)發(fā)出降速或停止信號。 4）下線傳輸模塊根據(jù)下線指令完成夾線、抱線、裁線、盤芯伸縮、推桿、喂線、傳輸?shù)冗^程。其動作流程圖如圖4所示。 [align=center] 圖4 下線動作流程圖[/align] 5）HMI通信模塊主要用于與觸摸屏配合實(shí)現(xiàn)線規(guī)、排線節(jié)距、排線寬度、計(jì)米輪周長、收卷長度等參數(shù)的設(shè)置和管理操作。 6）報(bào)警處理模塊主要功能是在收卷過程中變頻器、伺服控制器出現(xiàn)故障或下線機(jī)構(gòu)、扎帶裝置在執(zhí)行過程出現(xiàn)報(bào)警時(shí)輸出報(bào)警信號，以提示操作人員及時(shí)處理。 2．人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)需要共設(shè)置了7個(gè)畫面，分別為：系統(tǒng)主流程圖、工況顯示、參數(shù)設(shè)置、點(diǎn)動操作、氣缸狀態(tài)、故障信息、報(bào)警畫面及操作說明。在工況顯示界面可查看到設(shè)備運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)及運(yùn)行情況通過參數(shù)設(shè)置界面可調(diào)用配方控件設(shè)置好的各種包裝規(guī)格產(chǎn)品的排線節(jié)距、排線寬度等參數(shù)，也可自行設(shè)置。在停機(jī)狀態(tài)下可通過點(diǎn)動操作界面對各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行點(diǎn)動操作。在故障信息界面，可查詢到前10次的故障信息，對剛發(fā)生的故障報(bào)警畫面會自動彈出報(bào)警內(nèi)容并發(fā)出聲光報(bào)警，提示操作人員。 為了保證系統(tǒng)操作的安全性，在人機(jī)界面中設(shè)置了3個(gè)用戶等級，通過用戶登錄輸入密碼確定操作權(quán)限。0級為操作工級，無須輸入密碼，設(shè)定和修改本人自己設(shè)置的運(yùn)行參數(shù)及查看本班或本月的產(chǎn)量。1級供生產(chǎn)管理人員使用，可以進(jìn)入工藝畫面，修改工藝流程。2級供電氣工程師調(diào)試診斷使用，可以設(shè)置和修改PLC中速度計(jì)算公式中的各種參數(shù)，直接顯示各傳感器和繼電器的工作狀態(tài)，為故障診斷提供依據(jù)。 系統(tǒng)調(diào)試 （1）伺服控制器電子齒輪的計(jì)算 電子齒輪指的是輸入倍率，對于輸入的脈沖，可以乘上任意的倍率使機(jī)械運(yùn)行，對于滾珠絲杠，其計(jì)算公式如下 式中，△L表示每個(gè)脈沖對應(yīng)的進(jìn)給量；P表示伺服電動機(jī)編碼器分辨率；，z表示減速比；P[sub]b[/sub]表示滾珠絲杠進(jìn)給量。 （2）變頻器、伺服控制器的參數(shù)設(shè)置 1）變頻器的參數(shù)設(shè)置根據(jù)輸入信號設(shè)置輸入端子，并根據(jù)運(yùn)行調(diào)整最高頻率、降速頻率及下限頻率等參數(shù)。 2）伺服控制器的參數(shù)設(shè)置可通過三菱SETUP SOFTWARE軟件進(jìn)行設(shè)置。 （3）收卷速度反饋的匹配 根據(jù)給定信號，調(diào)整位置反饋信號，確保收卷速度在儲線量達(dá)到一定程度時(shí)，收卷速度為零，避免收卷時(shí)拉斷電線。 （4）扎帶裝置的張力調(diào)節(jié) 根據(jù)收卷好的電線外形尺寸，調(diào)整扎帶張力盤，以免出現(xiàn)扎帶變形或過松。 結(jié) 論 該系統(tǒng)與原φ0 mm擠塑機(jī)配套形成生產(chǎn)流水線，大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了斷線的出現(xiàn)，同時(shí)包裝出的電線排列整齊，結(jié)構(gòu)緊密，體積減小，整個(gè)成品的外觀得到極大改善，避免了在運(yùn)輸、儲存、銷售中出現(xiàn)變形、散線、亂線等現(xiàn)象，受到了用戶的好評。