O引言

在電纜生產(chǎn)線上，通常需要檢測電纜的走線速度，用來控制收線電機的轉速和計算線纜的長度。成纜工藝參數(shù)的穩(wěn)定，直接關系到電線電纜的質量。

該項目是為某電纜廠的技術改造項目，要改造的設備是利用束線原理制造的盤絞式成纜機，改造的內(nèi)容是更換全部電氣控制系統(tǒng)。這種成纜機的放線盤固定，而收線盤固定在盤絞架上同時完成絞合和收線的雙重運動。工作時，在線纜盤直流電機的帶動下，完成電纜的收線運動，在排線電機的帶動下實現(xiàn)電纜在收線盤的整齊排列。在大盤電機的帶動下，通過齒輪箱帶動盤絞架實現(xiàn)軸向旋轉，完成電纜絞合運動，是保證節(jié)距的關鍵。線速度是由收線盤的旋轉速度決定的，如果收線電機的轉速恒定，收線盤隨著收線軸的變粗，線速度會增大，因此，為保證收線速度恒定，要逐漸降低收線電機的轉速。

1 系統(tǒng)設計原理

根據(jù)電纜的生產(chǎn)工藝要求，不同型號的電纜，其走線速度是恒定的。通常，電纜的運行速度是由電纜帶動旋轉編碼器來檢測的。電纜線速度測速示意圖如圖1所示。

該項目中，采用的旋轉編碼器的型號是TRDJ1000系列，旋轉一周輸出1 000個脈沖。因此，根據(jù)在一定時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)，就可以計算出電纜的走線速度。實際應用中，將其與一加工精度極高、周長為500 mm的旋轉編碼器測量主動輪與旋轉編碼器同軸安裝，主動輪與電纜接觸。在電纜生產(chǎn)運動過程中，依靠摩擦力拉動測量輪旋轉，這樣就把電纜的直線位移(長度)轉化為旋轉編碼器的脈沖數(shù)字信號輸出。

設旋轉編碼器每旋轉一周，其計數(shù)脈沖個數(shù)為NP(脈沖個數(shù)／轉)，則旋轉編碼器角分辨率(單位：(°)／個)為：

P=360／NP

假定固定在旋轉編碼器轉軸上的主動導向輪半徑為r m，則旋轉編碼器位移分辨率(單位：m／個)為：

Ps=27πr／NP

這時，若計數(shù)脈沖個數(shù)為N(個)，則由旋轉編碼器測量的位移量S(單位：m)為：

S=Ps·N

線纜走線速度V(單位：m／s)為：

V=S／T

式中：T為接收N個脈沖所用的時間(單位：s)。

2 硬件電路設計原理

該檢測電路以AT89C51單片機為控制核心，如圖2所示，旋轉編碼器輸出的脈沖，經(jīng)過電平轉換，變成O～5 V的TTL電平脈沖，送到AT89 C51單片機的外部中斷INT0端。每收到一個脈沖，單片機中斷一次，同時計數(shù)脈沖存儲器加1，與標準脈沖值比較后，單片機的P0口輸出給定值數(shù)字量，再經(jīng)過D／A轉換變成給定值模擬量，送給收線電機調(diào)速器，控制電機轉速。這里的D／A轉換芯片采用8位數(shù)據(jù)輸入，四路模擬量輸出的TLC7226IDW。如果需要提高電機轉速控制精度，可以選用其他10位、12位數(shù)據(jù)輸入的D／A轉換芯片。

工作時，當收線電機帶動電纜運動時，帶動旋轉編碼器的主動輪旋轉，從而旋轉編碼器旋轉，輸出脈沖。該脈沖送入光電耦合器，進行隔離、整形、電平轉換，送給AT89C51的12腳，外部中斷INTO進行脈沖計數(shù)。每接收到一個脈沖，單片機執(zhí)行外部中斷INT0子程序一次，脈沖計數(shù)存儲器加1。例如，每間隔1 s讀取一次，從而可以根據(jù)計數(shù)脈沖的個數(shù)，與標準脈沖數(shù)比較，因此，可以判斷當前線速度的大小。

線速度的計算方法如下：

例如，要求線速度V為0．1 m／s。

旋轉編碼器每秒輸出脈沖數(shù)=V·Np／C

其中：C為旋轉編碼器主動輪周長(單位：m)。所以，線速度為O．1 m／s時，旋轉編碼器每秒輸出標準脈沖數(shù)=0.1×1000/0.5=200個/s。

3 軟件設計

在定時器中斷中運行，在計時子程序中，每秒執(zhí)行一次。即查詢每秒收到的脈沖數(shù)是否與標準脈沖相同。該線速度控制子程序如圖3所示。

首先，讀脈沖計數(shù)存儲器的數(shù)值，與標準脈沖數(shù)比較，等于標準脈沖，脈沖計數(shù)存儲器數(shù)值清零，說明此時走線速度等于標準速度；若大于標準脈沖數(shù)，說明線速度大于標準線速度，因此，必須使調(diào)速器給定值減1，使得收線電機轉速減低；若小于標準脈沖數(shù)，說明線速度小于標準線速度，必須使調(diào)速器給定值加1，使得收線電機轉速增加，從而形成閉環(huán)線速度控制反饋系統(tǒng)，控制收線電機旋轉速度，使得線速度保持恒定。

4 結語

根據(jù)電纜成纜機的工藝要求，設計了單片機與旋轉編碼器組成的閉環(huán)線速度控制系統(tǒng)，并給出了主要控制程序的設計方法。還可以通過軟件實現(xiàn)線纜走線長度的檢測以及運行時間的計算等功能，并通過顯示屏顯示出來。上述線速度控制系統(tǒng)已成功應用在實際的技術改造中，為企業(yè)節(jié)約了近百萬元的技術改造資金。結果表明，該系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠、電路簡單、測量精度較高、成本低等特點，完全滿足電纜生產(chǎn)工藝要求，其簡潔的電路設計和典型的控制方法具有較高的參考價值。