隨著變頻調(diào)速、伺服控制、PLC控制、氣動(dòng)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(dòng)化提供了可靠的保證。 包裝是電線(xiàn)電纜生產(chǎn)中的最后一道關(guān)鍵工序，其收線(xiàn)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(xiàn)包裝通常是采用臥式收排線(xiàn)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(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，排線(xiàn)機(jī)構(gòu)用光桿排線(xiàn)或由收線(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿進(jìn)行排線(xiàn)。收卷好的電線(xiàn)運(yùn)用手工剪斷后從固定式盤(pán)芯中取下并扎帶，這樣包裝出的產(chǎn)品較為松散，電線(xiàn)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(dòng)化生產(chǎn)流水線(xiàn)。隨著變頻調(diào)速、伺服控制、PLC控制、氣動(dòng)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(dòng)化提供了可靠的保證。 設(shè)計(jì)思路 由于采用臥式收排線(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下線(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化相對(duì)困難，根據(jù)生產(chǎn)工藝結(jié)合控制因素采用立式收排線(xiàn)系統(tǒng)。運(yùn)用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下線(xiàn)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(duì)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(xiàn)到下線(xiàn)包裝整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化。為了便于操作調(diào)整及應(yīng)急處理，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)增加手動(dòng)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(xiàn)系統(tǒng)、下線(xiàn)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(hào)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)和計(jì)米裝置的長(zhǎng)度脈沖信號(hào)，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(méi)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(hào)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(hào)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(dòng)機(jī)、儲(chǔ)線(xiàn)位置檢測(cè)組成。收卷速度的快慢取決于速度給定及儲(chǔ)線(xiàn)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(hào)的輸入端。通過(guò)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(hào)與反饋信號(hào)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(kāi)關(guān)方式，可降低運(yùn)行噪聲，減少對(duì)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(dòng)單元外配制動(dòng)電阻即可實(shí)現(xiàn)快速停車(chē)，保證計(jì)米長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性，而參數(shù)復(fù)制功能可將參數(shù)從一臺(tái)變頻器上復(fù)制到另一臺(tái)變頻器上，在多臺(tái)變頻器參數(shù)設(shè)置時(shí)極為方便。控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 收卷系統(tǒng)接線(xiàn)圖[/align] （3）排線(xiàn)系統(tǒng) 采用光桿排線(xiàn)主要存在以下不足：①由于排線(xiàn)的寬度較小，換向極為頻繁，光桿排線(xiàn)機(jī)構(gòu)存在的慣性易造成排線(xiàn)不齊。②排線(xiàn)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)不好控制。③排線(xiàn)節(jié)距微調(diào)不好控制。為克服光桿排線(xiàn)存在的不足，采用伺服控制系統(tǒng)帶滾珠絲杠的排線(xiàn)機(jī)構(gòu)。伺服電動(dòng)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(xiàn)換向時(shí)電線(xiàn)的排列整齊?？紤]到PLC采用三菱FX2N一48MT，為控制方便，選用三菱型號(hào)分別為MR—J2S一40A、HC—KFS43的伺服控制器和伺服電動(dòng)機(jī)，并根據(jù)排線(xiàn)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(hào)，確保排線(xiàn)速度與收卷速度同步。接線(xiàn)如圖3所示。 [align=center] 圖3 排線(xiàn)系統(tǒng)接線(xiàn)圖 [/align] （4）下線(xiàn)機(jī)構(gòu) 下線(xiàn)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線(xiàn)的關(guān)鍵一步，其過(guò)程包括夾線(xiàn)、抱線(xiàn)、切線(xiàn)、盤(pán)芯伸縮、推桿、喂線(xiàn)、傳輸7個(gè)過(guò)程。采用電磁閥和氣缸組成的氣動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)以上過(guò)程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。電磁閥和氣缸選用性?xún)r(jià)比高的亞德克產(chǎn)品，同時(shí)用磁性開(kāi)關(guān)檢測(cè)氣缸的動(dòng)作情況，將活塞位置信號(hào)反饋到PLC。 （5）扎帶裝置 收卷好的電線(xiàn)下線(xiàn)后如沒(méi)立即扎帶，電線(xiàn)容易松散開(kāi)，為解決這問(wèn)題，在下線(xiàn)口安裝扎帶裝置。扎帶裝置在檢測(cè)到扎帶信號(hào)后，自動(dòng)在電線(xiàn)中間扎一道PP帶，保證電線(xiàn)在傳輸過(guò)程中不會(huì)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(hào)為OVW2—006—2MHL，脈沖數(shù)為60的旋轉(zhuǎn)編碼器采集計(jì)米信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)收卷長(zhǎng)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(duì)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(jiǎn)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(lèi)型和通信參數(shù)，并在監(jiān)控畫(huà)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(zhuān)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(hù)程序編制和監(jiān)控，通過(guò)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(xiàn)模塊、計(jì)米模塊、下線(xiàn)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(xiàn)中上一工序的運(yùn)行情況及收卷長(zhǎng)度控制變頻器的啟動(dòng)、停止及速度轉(zhuǎn)換。 2）排線(xiàn)模塊根據(jù)收卷速度、排線(xiàn)的節(jié)距、排線(xiàn)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(xiàn)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(zhǎng)，計(jì)算出單個(gè)脈沖的長(zhǎng)度，并通過(guò)觸摸屏對(duì)計(jì)米輪的周長(zhǎng)修正，保證收卷長(zhǎng)度誤差控制在千分之三以?xún)?nèi)。同時(shí)在收卷長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)置長(zhǎng)度時(shí)發(fā)出降速或停止信號(hào)。 4）下線(xiàn)傳輸模塊根據(jù)下線(xiàn)指令完成夾線(xiàn)、抱線(xiàn)、裁線(xiàn)、盤(pán)芯伸縮、推桿、喂線(xiàn)、傳輸?shù)冗^(guò)程。其動(dòng)作流程圖如圖4所示。 [align=center] 圖4 下線(xiàn)動(dòng)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(xiàn)規(guī)、排線(xiàn)節(jié)距、排線(xiàn)寬度、計(jì)米輪周長(zhǎng)、收卷長(zhǎng)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(guò)程中變頻器、伺服控制器出現(xiàn)故障或下線(xiàn)機(jī)構(gòu)、扎帶裝置在執(zhí)行過(guò)程出現(xiàn)報(bào)警時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，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(huà)面，分別為：系統(tǒng)主流程圖、工況顯示、參數(shù)設(shè)置、點(diǎn)動(dòng)操作、氣缸狀態(tài)、故障信息、報(bào)警畫(huà)面及操作說(shuō)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(guò)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(xiàn)節(jié)距、排線(xiàn)寬度等參數(shù)，也可自行設(shè)置。在停機(jī)狀態(tài)下可通過(guò)點(diǎn)動(dòng)操作界面對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作。在故障信息界面，可查詢(xún)到前10次的故障信息，對(duì)剛發(fā)生的故障報(bào)警畫(huà)面會(huì)自動(dòng)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(hù)等級(jí)，通過(guò)用戶(hù)登錄輸入密碼確定操作權(quán)限。0級(jí)為操作工級(jí)，無(wú)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(jí)供生產(chǎn)管理人員使用，可以進(jìn)入工藝畫(huà)面，修改工藝流程。2級(jí)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(duì)于輸入的脈沖，可以乘上任意的倍率使機(jī)械運(yùn)行，對(duì)于滾珠絲杠，其計(jì)算公式如下 式中，△L表示每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的進(jìn)給量；P表示伺服電動(dòng)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(hào)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(guò)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(hào)，調(diào)整位置反饋信號(hào)，確保收卷速度在儲(chǔ)線(xiàn)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(xiàn)。 （4）扎帶裝置的張力調(diào)節(jié) 根據(jù)收卷好的電線(xiàn)外形尺寸，調(diào)整扎帶張力盤(pán)，以免出現(xiàn)扎帶變形或過(guò)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(xiàn)，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了斷線(xiàn)的出現(xiàn)，同時(shí)包裝出的電線(xiàn)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(chǔ)存、銷(xiāo)售中出現(xiàn)變形、散線(xiàn)、亂線(xiàn)等現(xiàn)象，受到了用戶(hù)的好評(píng)。