引言

　　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，改造的內容是更換全部電氣控制系統。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軸向旋轉，完成電纜絞合運動，是保證節距的關鍵。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 系統設計原理

　　根據電纜的生產工藝要求，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。

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　　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，根據在一定時間內檢測到的脈沖數，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字信號輸出。

　　設旋轉編碼器每旋轉一周，其計數脈沖個數為NP(脈沖個數/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，若計數脈沖個數為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口輸出給定值數字量，再經過D/A轉換變成給定值模擬量，送給收線電機調速器，控制電機轉速。這里的D/A轉換芯片采用8位數據輸入，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位數據輸入的D/A轉換芯片。

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　　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。每接收到一個脈沖，單片機執行外部中斷INT0子程序一次，脈沖計數存儲器加1。例如，每間隔1 s讀取一次，從而可以根據計數脈沖的個數，與標準脈沖數比較，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=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=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，每秒執行一次。即查詢每秒收到的脈沖數是否與標準脈沖相同。該線速度控制子程序如圖3所示。

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

　　4 結語

　　上述線速度控制系統已成功應用在實際的技術改造中，為企業節約了近百萬元的技術改造資金。結果表明，該系統具有運行穩定可靠、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。

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