袁巍 谢鸿志
中国电子科技集团公司第八研究所 淮南 232001
【摘要】本文主要介绍了ZS04型光纤着色复绕机自动控制系统的组成和工作原理，并着重讲述在光纤着色 复绕生产过程中比较重要的几个环节及解决办法。
关键词：光纤通信 着色 自动控制
1 引言
光纤着色复绕机是缆化工艺中关键的第一步工序。随着光缆需求量的日益增加，目前光纤着色机已经成为大中型光缆生产厂家必备的专用设备之一，为了适应国内市场的需要，提高设备的机械自动化，降低生产成本，满足国内外光缆生产厂家不断对设备提出的更高要求，我所研制出第四代光纤着色复绕机——ZS04型光纤着色复绕机。该机具有以下特点：
（1）结构速度高达：1500m／min
（2）自动化程度高，具有放线、张力控制、UV固化炉、收排线各部分工作失效即自动报警、停机功能。
2 设备组成
ZS04型着色复绕机主要由以下几个部分组成：（结构示意图如图1）ZS04光纤着色复绕机工艺流程框图如图2所示。
3 控制系统组成及功能
在ZS04型光纤着色复绕机自动控制系统中，我们根据生产工艺实际情况出发，同时吸取了国外同类产品的优点，采用典型两极监控的系统控制方案。上位机和下位机之间通过PPI协议进行通讯，上位机作为生产管理级，主要面向生产操作人员。下位机作为数据采集和生产现场监控级，主要完成生产过程参数的数据采集，执行控制算法及控制输出等任务，面向生产过程。
3．1 上位机
上位机采用西门子人机界面产品OP27图型操作员面板，配有5．7寸单色液晶，组态软体是基于PC的可视化监控软件Protool．。
它的功能如下：1）显示工艺流程和各参数实时测量值；2）可实时修改下位机和需要的控制参数值；3）能实时显示故障报警画面。
3．2 下位机
下位机采用西门子微型可编程控制器S7200，体积小巧，功能全面，适合于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化，且有高速、多功能、系统化、模块化、可靠性高的特点。控制系统以模块为基础组成分布集散控制系统，对光纤放线、牵引控制和收排线等部分进行有效的控制。PLC系统选用了CPU226和电源模块，另外还扩展了三个模块，其中两个是模拟量输出模块EM232，共有四路输出，主要提供放线、牵引、收线及收线排线的给定。另外一块是四输入一输出模块EM235，其中一路输入用于灯管电流的检测、一路用于检测放线盘位置传感器的信号，以达到放排线自动跟踪的目的、另外两路输入用于检测收放线舞蹈轮的位置、一路输出用于提供放线排线的给定。
4 控制过程及特点
限于篇幅本文只给出ZS04型光纤着色机自动控制系统的控制框图，上位机的控制过程如图3所示，下位机的控制过程如图4所示。
ZS04型是在ZS03型光纤着色机以及消化吸收国外同类产品的基础上进行的。它在以下几个方面作了较大的修改：1）把光纤放线和收排线部分放入机柜内，并使机械电气分开，减少干扰；2）采用移动式光纤放线架，使放线抖动减小；3）采用一个大功率UV光固化炉，是光纤着色速度提高；4）除去以往零散的用于输入输出各种参数的控制部件，改用可通讯的人机界面产品替代，提高了整机的自动化控制；5）在光纤进入涂复系统前以及在光纤收排线装置之前增加了除静电装置。
5 重要环节的处理
比较上一代着色机，ZS04型着色复绕机在工艺 上及自动控制上采取了许多的新思路，对其生产过程中的光固化灯管的自动控制、张力恒定性的控制、排线精度的控制以及除静电的利用，都保证了着色 后的光纤附加损耗不致超标。
5．1 生产过程中光纤着色前后张力的恒定
ZS04着色复绕机的着色速度为1200m／min左右，并且收、放线部分要满足50km整盘的放线和收线过程。在生产过程中，由于收放线盘径是渐渐发生变化，而生产速度恒定，就需要不停地修改收放线速度使张力趋于恒定。以往着色机采用人工电位器调整改变收放线速度实现，这种方法既不安全也不可靠。为了确保整个着色过程放线和收线舞蹈轮的稳定性，我们首先在硬件方面对放线、牵引、收线、排线全部选用了松下交流伺服系统MINAS，保证了过程的一致性。在这个基础上，采用S7－200的闭环控制，再根据着色过程中收放线长度即盘径的变化规律，在软件上编制算法来自动地修改收放线盘的快慢而使上下舞蹈轮在50km整盘的过程中始终能稳定在适中的位置而无须人工干预，保证了张力的稳定性。经现场调试，用这种方法完全满足光纤着色中的工艺要求。
5．2 保证收排线的可靠换向
光纤排线技术是光纤着色复绕机高速着色下要研究的关键技术之一。光纤排线的好坏直接影响光纤衰减指标的好坏，由于着色的过程中着色速度达到1200m／min，相应收排线左右换向过程很快，传统人工调整方法很难满足要求。为了保证收排线的准确换向，该设备利用S7－200的高速计数功能。它用来累计比CPU扫描速度更快的事件，同有32位符号整数累计值。在此我们利用Panasonic公司MINAS系列，它能够提供来自分频器的编码器信号的差分输出，类似于增量编码器输出互差90度的两路方波脉冲，具有运动速度、距离及运动方向的记忆。将两种脉冲输入PLC200的高速计数端口，在这种模式下伺服电机等效为步进电机，由于伺服电机分辨率很高，转速很高，动态响应好，同时，伺服驱动器与电机之间是闭环的，不存在步进电机的丢步问题。在着色的操作过程中，系统首先对光纤盘宽度进行检测，根据扫描盘距的脉冲数值的记忆，保证了光纤在高速着色下排线到盘缘时能够精确换向，不会在盘缘有凹陷或堆起现象。由于运行过程中动态稳定性能好，在每次着色起步时进行一次盘距的调整后，无须人工干扰直到着色过程的结束，满足光纤着色过程中对排线的工艺要求。
5．3 光固化灯管的自动控制
在着色的过程中，着色光纤固化的好坏直接影响到光纤的附加损耗，在该机中固化灯管的功率可切换，最大功率可达到6千瓦。并在固化炉中加入了温度传感器，利用S7－200的模块，通过该通讯口显示在OP27的界面上，并通过下位机的算法，根据着色速度和炉体内部温度来自动切换灯管的功率，以达到最佳效果。同时，在整个系统中加入了除静电装置，避免了高速着色过程中的抖动性。
6 与国内外同类产品技术水平比较
目前光纤高速着色机在国内尚有为数不多几家可以做到，国外主要有芬兰NEXTROM公司、奥地利M＆S公司、意大利德安杰里公司等生产此类产 品。与国外同类产品技术水平对比，见表1。
从表1可以看出，ZS04型光纤着色复绕机已经接近或达到国外90年代末期国际先进水平。我们认为着色速度可以接近NEXTRON公司和M＆S公司同类产品的技术水平。
7 结束语
我所研制的ZS04光纤着色复绕机已经在上海永鼎、苏州巨通集团等国内几家使用，极大地提高了国内光缆厂的生产能力和产品质量，尤其是良好的人机界面和高可靠性得到了厂家的普遍好评。
参考文献
1 SIMATICS7－200可编程控制器系统手册．西门子公司，1999年
摘自《现代有线传输》
|