隨著變頻調速、伺服控制、PLC控制、氣動控制等技術被廣泛的應用于工業(yè)領域，它們所具有的優(yōu)良控制性能及可靠性為實現(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)中的最后一道關鍵工序，其收線系統(tǒng)的結構直接影響品的質量。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)，其收卷速度調節(jié)用滑差調速或力矩控制電動機來實現(xiàn)，排線機構用光桿排線或由收線電動機帶動絲桿進行排線。收卷好的電線運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。同時這種包裝方式不易形成自動化生產(chǎn)流水線。隨著變頻調速、伺服控制、PLC控制、氣動控制等技術被廣泛地應用于工業(yè)領域，它們所具有的優(yōu)良控制性能及可靠性為實現(xiàn)包裝系統(tǒng)的自動化提供了可靠的保證。 設計思路 由于采用臥式收排線系統(tǒng)實現(xiàn)下線過程自動化相對困難，根據(jù)生產(chǎn)工藝結合控制因素采用立式收排線系統(tǒng)。運用變頻器來實現(xiàn)自動下線及傳輸包裝，同時運用PLC控制以上系統(tǒng)的協(xié)調運行，運用觸摸屏對整個設備的運行情況進行監(jiān)視，從而實現(xiàn)從收線到下線包裝整個過程的自動化。為了便于操作調整及應急處理，對各個環(huán)節(jié)增加手動控制功能。 控制系統(tǒng)的構成 1．控制系統(tǒng)的硬件構成 控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、收卷調速系統(tǒng)、排線系統(tǒng)、下線機構、計米裝置、扎帶裝置、故障報警等組成。 （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內存為8KB，CPU為32 bit，內置多個高速雙向計數(shù)器，可捕捉到20μs以上的脈沖，能同時方便準確地捕捉到主電動機轉速脈沖信號和計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、定時、步進等功能外，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、輸出點各24個，并加裝一塊16點的擴展模塊，型號為Fx2N-16Ex。 [align=center] 圖1硬件構成圖[/align] （2）收卷調速系統(tǒng) 收卷調速系統(tǒng)主要由變頻器、電動機、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輸入兩路頻率信號的輸入端。通過比較，選擇具有先進磁通矢量控制的三菱FR—A540系列變頻器，它具有3個頻率設定的輸入端子，可實現(xiàn)給定信號與反饋信號的疊加，同時三菱FR—A540系列變頻器采用“柔性脈寬調制”（soft—PWM）開關方式，可降低運行噪聲，減少對外射頻干擾，有利于系統(tǒng)中PLC、伺服控制器、旋轉編碼器的可靠運行。其內置制動單元外配制動電阻即可實現(xiàn)快速停車，保證計米長度的準確性，而參數(shù)復制功能可將參數(shù)從一臺變頻器上復制到另一臺變頻器上，在多臺變頻器參數(shù)設置時極為方便。控制系統(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，光桿排線機構存在的慣性易造成排線不齊。②排線的起始點和終止點不好控制。③排線節(jié)距微調不好控制。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構。伺服電動機具有晌應速度快，控制精度高等優(yōu)點。同時，滾珠絲杠的慣量極小，這樣可以保證排線換向時電線的排列整齊。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，并根據(jù)排線節(jié)距的大小選用進給量為5 mm的滾珠絲杠。同時在收卷轉軸上安裝旋轉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）下線機構 下線是實現(xiàn)自動化流水線的關鍵一步，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)行機構進行控制。電磁閥和氣缸選用性價比高的亞德克產(chǎn)品，同時用磁性開關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）計米裝置 計米裝置主要由計米輪和旋轉編碼器組成。采用NEMICON公司型號為OVW2—006—2MHL，脈沖數(shù)為60的旋轉編碼器采集計米信號，實現(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軟件進行編程，該軟件是Digital公司出品的針對GP系列觸摸屏的人機界面應用程序組態(tài)軟件，具有使用簡單，組態(tài)方便等優(yōu)點，具有強大的網(wǎng)絡通信功能，只要在組態(tài)時設置PLC類型和通信參數(shù)，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設置正確的PLC位地址或字地址，觸摸屏工作時就能根據(jù)不同PLC的通信協(xié)議建立起與PLC內部地址的連接和通信。 軟件設計 1．PLC程序設計 編程采用編程軟件MELSECMEDOC專業(yè)軟件包，它基于個人計算機，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個模塊，分別為收卷模塊、排線模塊、計米模塊、下線傳輸模塊、HMI通信模塊、報警處理模塊。 1）收卷模塊根據(jù)生產(chǎn)線中上一工序的運行情況及收卷長度控制變頻器的啟動、停止及速度轉換。 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)計算出單位時間內向伺服控制器發(fā)送的脈沖數(shù)，達到排線速度與收卷速度的同步。 3）計米模塊根據(jù)旋轉編碼的脈沖數(shù)及計米輪的周長，計算出單個脈沖的長度，并通過觸摸屏對計米輪的周長修正，保證收卷長度誤差控制在千分之三以內。同時在收卷長度達到設置長度時發(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現(xiàn)線規(guī)、排線節(jié)距、排線寬度、計米輪周長、收卷長度等參數(shù)的設置和管理操作。 6）報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)故障或下線機構、扎帶裝置在執(zhí)行過程出現(xiàn)報警時輸出報警信號，以提示操作人員及時處理。 2．人機界面軟件設計 根據(jù)需要共設置了7個畫面，分別為：系統(tǒng)主流程圖、工況顯示、參數(shù)設置、點動操作、氣缸狀態(tài)、故障信息、報警畫面及操作說明。在工況顯示界面可查看到設備運行時的各種參數(shù)及運行情況通過參數(shù)設置界面可調用配方控件設置好的各種包裝規(guī)格產(chǎn)品的排線節(jié)距、排線寬度等參數(shù)，也可自行設置。在停機狀態(tài)下可通過點動操作界面對各個機構進行點動操作。在故障信息界面，可查詢到前10次的故障信息，對剛發(fā)生的故障報警畫面會自動彈出報警內容并發(fā)出聲光報警，提示操作人員。 為了保證系統(tǒng)操作的安全性，在人機界面中設置了3個用戶等級，通過用戶登錄輸入密碼確定操作權限。0級為操作工級，無須輸入密碼，設定和修改本人自己設置的運行參數(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，可以進入工藝畫面，修改工藝流程。2級供電氣工程師調試診斷使用，可以設置和修改PLC中速度計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)調試 （1）伺服控制器電子齒輪的計算 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械運行，對于滾珠絲杠，其計算公式如下 式中，△L表示每個脈沖對應的進給量；P表示伺服電動機編碼器分辨率；，z表示減速比；P[sub]b[/sub]表示滾珠絲杠進給量。 （2）變頻器、伺服控制器的參數(shù)設置 1）變頻器的參數(shù)設置根據(jù)輸入信號設置輸入端子，并根據(jù)運行調整最高頻率、降速頻率及下限頻率等參數(shù)。 2）伺服控制器的參數(shù)設置可通過三菱SETUP SOFTWARE軟件進行設置。 （3）收卷速度反饋的匹配 根據(jù)給定信號，調整位置反饋信號，確保收卷速度在儲線量達到一定程度時，收卷速度為零，避免收卷時拉斷電線。 （4）扎帶裝置的張力調節(jié) 根據(jù)收卷好的電線外形尺寸，調整扎帶張力盤，以免出現(xiàn)扎帶變形或過松。 結 論 該系統(tǒng)與原φ0 mm擠塑機配套形成生產(chǎn)流水線，大大降低了操作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，減少了斷線的出現(xiàn)，同時包裝出的電線排列整齊，結構緊密，體積減小，整個成品的外觀得到極大改善，避免了在運輸、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。