【正文】 3一5年內(nèi)，中壓10一35kV電纜將以環(huán)比增長10%速度擴(kuò)大應(yīng)用量。以往數(shù)年的城市電網(wǎng)建設(shè)與改造，使供電部門積累了大量經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，主要是:l、大量應(yīng)用大截面三芯電纜。由于考慮到今后10一巧年甚至更長時(shí)間的發(fā)展，為避免以后輸電容量不夠又要擴(kuò)容，供電部門在選用電纜時(shí)，會(huì)盡量放大截面，以免留下后遺癥。單芯大截面電纜將有所推廣?，F(xiàn)在常用三芯電纜，安裝敷設(shè)分支困難。國外大多數(shù)采用三個(gè)單芯電纜大節(jié)距絞合的方法，既方便敷設(shè)，盡量減少占用地下空間，又便于分支。城市電網(wǎng)建設(shè)與改造工程中，電纜地下化是各地的一項(xiàng)重要任 往確定在50一80%左右。因此，中壓交聯(lián)電纜在今后較長的一段時(shí)間內(nèi)，有較大的市場機(jī)遇。交聯(lián)電纜以其良好的電氣，機(jī)械性能和容易敷設(shè)等優(yōu)點(diǎn)得到迅速發(fā)展，大有替代傳統(tǒng)的鋁包紙絕緣電力電纜，聚氯乙烯電力電纜和不滴流紙力電纜的趨勢(shì)。目前在交聯(lián)電纜生產(chǎn)中世界各國普遍采用過氧化物直接交聯(lián)工藝，其過程是:導(dǎo)電線芯經(jīng)過擠包內(nèi)屏蔽，絕緣層和外屏蔽后進(jìn)入交聯(lián)管內(nèi)化學(xué)交聯(lián)，使擠包的PE分子交聯(lián)成XLPE然后進(jìn)入冷卻管內(nèi)冷卻，在保持其電器性能不變的情況下，可改善PE的熱特性和機(jī)械特性，提高電纜的品質(zhì)。 交聯(lián)電纜生產(chǎn)線是電線電纜設(shè)備中最復(fù)雜的一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，它包括塑料擠出機(jī)組，交聯(lián)機(jī)冷卻系統(tǒng)，上下牽引裝置，收放線及儲(chǔ)線裝置，控制系統(tǒng)和輔助裝置，設(shè)備占地面積大，生產(chǎn)廠房要求條件高，這種交聯(lián)電纜生產(chǎn)線的方式以擠出機(jī)組布置在幾十米高的交聯(lián)塔頂部，交聯(lián)管垂直地面安裝即立式布置最為理想，它可以生產(chǎn)更高電壓等級(jí)的交聯(lián)電纜。有效的防止電纜偏心和擦管現(xiàn)象，保證電纜質(zhì)量。但因VVC塔高需70米以上，土建費(fèi)用高，建廠投資高，目前選用這種布線方式和設(shè)備的廠家很少。 懸鏈線式交聯(lián)電纜生產(chǎn)線的布線方式既可解決交聯(lián)生產(chǎn)中的擦管問題，又不使建筑費(fèi)用增高(一般廠房經(jīng)改造即可安裝)，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線。擠出機(jī)組安放在較高的平臺(tái)上，交聯(lián)管呈懸鏈線狀 從平臺(tái)上往地面延伸，根據(jù)所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)速度，產(chǎn)品規(guī)格和其他條件確定懸鏈形狀，長度和冷卻段的尺寸，擠包后的交聯(lián)電纜就是靠上下牽引裝置的張緊力保持其在懸鏈線管內(nèi)的中心位置，并使電纜在管內(nèi)按規(guī)定的速度運(yùn)動(dòng)，從而完成電纜的連續(xù)交聯(lián)和冷卻過程，每一條交聯(lián)電纜生產(chǎn)線其交聯(lián)管的懸鏈形狀是固定不變的。而生產(chǎn)的電纜在一定的范圍內(nèi)是分批變化的。因此保持在管內(nèi)的正確位置和連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)是衡量一條生產(chǎn)線的主要技術(shù)指標(biāo)。交聯(lián)管內(nèi)壓力，溫度，水位等影響使電纜在管內(nèi)的位置經(jīng)常產(chǎn)生波動(dòng)和變化，通過安裝在交聯(lián)管上的懸垂控制器和控制系統(tǒng)調(diào)整上下牽引裝置，以免擦傷管臂，劃傷電纜外層屏蔽。如果牽引裝置沒有可靠的技術(shù)特性和適時(shí)準(zhǔn)確的懸垂度測(cè)量，生產(chǎn)線就不能正常工作?，F(xiàn)在懸垂控制多用PI或PID控制，在這種控制方式下，需要針對(duì)控制對(duì)象設(shè)定專門的P（比例）、I（積分）、D（微分）參數(shù)。而這些參數(shù)的設(shè)定，是針對(duì)特定的控制系統(tǒng)的，對(duì)于懸垂生產(chǎn)線，要求在電纜偏離中心位置時(shí)，必須是針對(duì)確定的偏離距離給出確定的誤差信號(hào)，比喻說對(duì)于電纜偏上1CM，必須給出1V的誤差電壓，而不能是時(shí)而給出1V，偏差不變則誤差電壓就不能變，只有在這樣的情況下，PID針對(duì)控制對(duì)象設(shè)定的PID參數(shù)才有意義，才能最佳的控制電纜穩(wěn)定的處于懸垂管中心位置。否則，不是電纜位置控制過于遲緩，就是控制過沖，在生產(chǎn)實(shí)踐中，這兩種情況下都會(huì)不可避免的造成電纜在懸垂管中的上下擺動(dòng)。，如電纜對(duì)中心位置的相同1cm偏差，在信號(hào)正常時(shí)檢測(cè)裝置能正常給出1V的偏差電壓，但在信號(hào)較強(qiáng)時(shí)給出的偏差電壓變成了2V。這使得后續(xù)調(diào)節(jié)控制紊亂，其實(shí)這就是現(xiàn)在國內(nèi)幾乎所有電纜廠的懸垂生產(chǎn)線調(diào)速器PID參數(shù)設(shè)置“困難”的實(shí)際原因——輸入變量不確定。 現(xiàn)在懸垂控制器（傳感器）現(xiàn)在完全做不到這一點(diǎn)（指偏差不變則誤差電壓就不能變），因?yàn)楝F(xiàn)在的測(cè)量原理是利用電纜中流過的感應(yīng)電流，但是這個(gè)感應(yīng)電流的大小，是依據(jù)多種因素變化的，根據(jù)實(shí)地采樣記錄造成電流變化并引起傳感器輸出相應(yīng)的變化狀況：。、周邊環(huán)境改變等造成生產(chǎn)線相對(duì)懸垂檢測(cè)所需的分布參數(shù)改變，又會(huì)引起傳感器輸出變化若干倍。綜合上述因素，總的影響可以達(dá)到數(shù)千倍以上，由此看到，如果不對(duì)這些因素加以控制，懸垂傳感器時(shí)無法提供PID控制所必須的正確輸出，這就是電纜控制不穩(wěn)的根本原因。在這種情況下，技術(shù)人員往往精心調(diào)配好PID控制，短時(shí)間似乎正常了，可時(shí)間一久，又往往失控。 、抗干擾性能差，造成檢測(cè)裝置的靈敏度無法提高。現(xiàn)有國內(nèi)外懸垂檢測(cè)裝置都無法使用到連硫生產(chǎn)線上，因?yàn)檫@里的被檢測(cè)信號(hào)更弱、信號(hào)起伏更大。 所以必須使得傳感器輸出僅僅和位置及其偏離相關(guān)，而對(duì)于其它因素可能造成的傳感器輸出誤差予以補(bǔ)償和消除。 傳感器要有大的動(dòng)態(tài)范圍，以適應(yīng)感應(yīng)電流變化，既在全程范圍（管內(nèi)上下偏離10CM）信號(hào)不飽和，又具有足夠的相信分辨率（正負(fù)1mm）。研究課題主要解決這兩大點(diǎn)難題。第2章 交聯(lián)電纜生產(chǎn)牽引張力控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)的很多行業(yè)中，都需要進(jìn)行比較精確的張力控制，保持張力的恒定，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。這些行業(yè)諸如造紙、紙加工、印刷、印染、包裝、電線電纜、光纖光纜、膠粘帶、紡織、皮革、金屬箔加工、纖維、橡膠等。在這些行業(yè)的收、放卷工藝中，為了滿足工藝要求都需要保持線材或帶材上張力的恒定。典型的張力控制收卷示意圖如下:圖21張力控制示意圖現(xiàn)在幾乎所有國外的交聯(lián)電纜生產(chǎn)線上下牽引張力控制采用直流調(diào)速方式，直流電機(jī)配置全數(shù)字控制的直流驅(qū)動(dòng)器，調(diào)速的精度和性能都是相當(dāng)好的，但隨著工作年限的增加，直流電機(jī)的維護(hù)量增大，維護(hù)費(fèi)用巨大，經(jīng)常出現(xiàn)直流電機(jī)在維護(hù)過后特性發(fā)生變化，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)從最初的VF/轉(zhuǎn)矩控制到矢量控制，調(diào)速性能也達(dá)到了日臻完美的地步。伴隨著技術(shù)成熟的同時(shí)，變頻調(diào)速價(jià)格也相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，同樣一套交聯(lián)生產(chǎn)線，變頻交流調(diào)速張力系統(tǒng)的造價(jià)已經(jīng)低于直流調(diào)速張力系統(tǒng)的造價(jià)，雖然變頻器價(jià)格稍高于直流驅(qū)動(dòng)器，但其可靠的穩(wěn)定性和易維護(hù)性有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，交流異步鼠籠電機(jī)更因價(jià)格低廉、維護(hù)簡單而廣泛應(yīng)用。相對(duì)而言，對(duì)于交聯(lián)電纜生產(chǎn)線上下牽引張力控制，交流系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)比直流系統(tǒng)更加直觀和簡單[14]。 三種張力控制方案張力控制系統(tǒng)的目的就是保持線材或帶材上的張力恒定，由變頻器構(gòu)成的系統(tǒng)可以通過兩種途徑達(dá)到以上目的:一是通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。另一種是通過控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)這兩種途徑，有三種控制方案可選擇。(速度模式)通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到張力恒定。首先由帶(線)材的線速度和卷筒的卷徑實(shí)時(shí)計(jì)算出同步匹配頻率指令，然后通過張力檢測(cè)裝置反饋的張力信號(hào)與張力設(shè)定值構(gòu)成PID閉環(huán)，調(diào)整變頻器的頻率指令。同步匹配頻率指令的計(jì)算方程式: f = ( V * P * I ) / ( π * D) (21)其中:f變頻器同步匹配頻率指令V 材料線速度P電機(jī)極對(duì)數(shù)I機(jī)械傳動(dòng)比D卷筒的卷徑材料線速度由線速度檢測(cè)模塊獲得，卷徑有卷徑計(jì)算模塊獲得。此方案中，保證比較準(zhǔn)確的同步匹配頻率指令可以減少P功調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量，使系統(tǒng)更容易穩(wěn)定，還有就是線速度的檢測(cè)的準(zhǔn)確性比較重要。(轉(zhuǎn)矩模式)通過控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩控制張力恒定。由設(shè)定的張力和卷筒的卷徑計(jì)算出變頻器的轉(zhuǎn)矩指令。計(jì)算方程式如下: f = (F*D) / (2 * I) (22)其中:T變頻器輸出轉(zhuǎn)矩指令F張力設(shè)定指令D卷筒的卷徑I機(jī)械傳動(dòng)比變頻器工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，可以獲得更為穩(wěn)定的張力控制效果。此方案無需張力反饋，但變頻器需工作在閉環(huán)矢量控制方式，必須安裝測(cè)速編碼器。采用轉(zhuǎn)矩模式進(jìn)行張力控制時(shí)，必須考慮系統(tǒng)加減速過程中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，采取慣性補(bǔ)償模塊處理。(轉(zhuǎn)矩模式) 在開環(huán)張力控制方案的基礎(chǔ)上增加了張力反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)。通過張力檢測(cè)裝置反饋張力信號(hào)與張力設(shè)定值構(gòu)成PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，調(diào)整變頻器輸出轉(zhuǎn)矩指令。這種方案可以保證更高的張力控制精度。 采用一般的V/F控制通用變頻器給異步電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，起動(dòng)和停車都很方便。但是，調(diào)速時(shí)有靜差，精度不高，調(diào)速范圍不過1:10，而且也不能像直流調(diào)速系統(tǒng)那樣提供很高的動(dòng)態(tài)性能。 過去的變頻調(diào)速方案中所采用的V/F等于常數(shù)的變頻器有如下缺點(diǎn):，轉(zhuǎn)速趨近O時(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)很差，導(dǎo)致電機(jī)于低轉(zhuǎn)速時(shí)的低運(yùn)轉(zhuǎn)效率由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代變頻器已廣泛采用矢量控制技術(shù)，矢量控制變頻器具有如下優(yōu)點(diǎn):，在整個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍提供恒定轉(zhuǎn)矩，即可在低轉(zhuǎn)速時(shí)獲得額定電機(jī)轉(zhuǎn)矩值 要實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，必須充分研究電機(jī)的物理模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型?，F(xiàn)在常用的高性能控制策略有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種，這里介紹矢量控制及矢量控制范疇中的無速度傳感器矢量控制。 矢量控制系統(tǒng)采用由轉(zhuǎn)子磁鏈決定d一軸方向的d一q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，把異步電機(jī)的定子電流分解為其勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，得到類似于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型，再采取措施把非線性系統(tǒng)變換成兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈的子系統(tǒng)，從而模仿直流電機(jī)分別用P1調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。矢量控制在選用高精度的光電碼盤傳感器時(shí)，其調(diào)速范圍可達(dá)1:1000，動(dòng)態(tài)性能也很好。但按轉(zhuǎn)子磁鏈定向會(huì)受電機(jī)參數(shù)變化的影響而失真，從而降低了系統(tǒng)的調(diào)速性能，采用智能化調(diào)節(jié)器可以克服這一缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的魯棒性[5]。 從總體控制結(jié)構(gòu)來看，采用轉(zhuǎn)矩和磁鏈分別控制，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)(或電流的轉(zhuǎn)矩分量環(huán))都處于轉(zhuǎn)速環(huán)的內(nèi)環(huán)，可以抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解禍。因此能獲得較高的靜、動(dòng)態(tài)性能[4]。 系統(tǒng)中傳動(dòng)部分分為送卷張力卷繞控制和收卷張力卷繞控制。為了減小送卷和收卷兩子系統(tǒng)的禍合作用，對(duì)送卷張力卷饒控制采取張力開環(huán)控制方案，對(duì)收卷張力卷饒控制采取上述的張力閉環(huán)控制方案2。送卷張力卷繞控制時(shí)變頻器工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，根據(jù)PLC內(nèi)部計(jì)算模塊穩(wěn)定工作，收卷張力卷繞控制工作在閉環(huán)狀態(tài)，根據(jù)張力變化，與張力設(shè)定值構(gòu)成PID閉環(huán)控制。圖22張力控制系統(tǒng)原理圖 第3章 在線測(cè)控的懸垂控制器設(shè)計(jì) 交聯(lián)聚乙烯電纜以其具有優(yōu)異的電氣性能，良好的運(yùn)行安全性能和熱過載機(jī)械特性以及安裝運(yùn)行，維修簡便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的運(yùn)用。在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜生產(chǎn)過程中，電纜硫化生產(chǎn)線將裸導(dǎo)線加工成成品電纜產(chǎn)品，其長度可達(dá)百米。為保證電纜質(zhì)量，必須對(duì)牽引設(shè)備的卷繞機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，保持線速度恒定的前提下控制電纜張力恒定，以防止電纜碰壁擦管，由于交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜生產(chǎn)工藝特殊性，在硫化管中對(duì)張力不易直接檢測(cè)到，電纜懸垂度成為電纜張力的直觀反映。 國內(nèi)也有少數(shù)廠家研制該檢測(cè)裝置，由于采用的方法均為模擬電路系統(tǒng)，從實(shí)際使用的角度來看并不理想，主要表現(xiàn)為電纜在硫化管內(nèi)擺動(dòng)幅度大，且對(duì)生產(chǎn)電纜的規(guī)格有一定的要求，具有很大的局限性，不太符合實(shí)際生產(chǎn)的要求，因此研制智能化電纜懸垂度在線測(cè)控裝置，對(duì)提高我國電纜生產(chǎn)質(zhì)量，提高電纜企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的意義[2]。圖中發(fā)射控制器由穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生電路、前置放大器、幅值控制電路和功率放大器等組成。通過對(duì)接收信號(hào)的調(diào)理，再經(jīng)PLC采集、分析、處理來實(shí)現(xiàn)測(cè)控[3]。 圖31系統(tǒng)組成及測(cè)量框圖 發(fā)射線圈為一個(gè)環(huán)型線圈，套裝在硫化管的外部，其初級(jí)回路由帶鐵芯的環(huán)型螺線圈組成，次級(jí)回路由電纜纜芯以及分布電容構(gòu)成。套裝本線圈的一段硫化管應(yīng)該對(duì)地絕緣且和其他管道同徑。根據(jù)電磁感應(yīng)理論，如果在發(fā)射線圈上加有高頻電流，則會(huì)在電纜上產(chǎn)生同頻感應(yīng)電流。由于現(xiàn)場環(huán)境的溫度較高，所以設(shè)計(jì)本發(fā)射線圈時(shí)鐵心材料的選擇是一個(gè)關(guān)鍵。 收線圈由耐高溫高濕的材料制成。本系統(tǒng)采用了兩個(gè)接收線圈，它們上下對(duì)稱安裝在硫化管中，內(nèi)徑尺寸與硫化管的內(nèi)徑相同。當(dāng)電纜中流過交變電流時(shí)，交變電流會(huì)產(chǎn)生磁場，接收線圈中就會(huì)感應(yīng)出一定的電勢(shì)，它的大小與電纜和其中交變電流的大小有關(guān)。比較兩個(gè)接收線圈的感應(yīng)電勢(shì)，就可以測(cè)量出電纜在硫化管道中的位置。該位置信號(hào)經(jīng)過PID處理后控制牽引設(shè)備，以達(dá)到控制硫化管中電纜張力即懸垂度的目的。接收線圈是兩塊印制線圈，將它們分別固定于懸垂管的上、下方，盡量貼近懸垂管，但不要接觸，保持1mm間隙以防懸垂管的溫度直接導(dǎo)入而燒壞接收線圈。安裝時(shí)，切切注意：要求印制線圈的平面必須與懸垂管的軸線、以及與鉛垂線保持平行。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生頻率約為127KHZ的正弦信號(hào)，但因其輸出功率不大，而發(fā)射線圈實(shí)為一大功率器件，因此對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大?？紤]到各種規(guī)格的電纜線直徑，材料不同，硫化水位的高或低以及生產(chǎn)過程中收放 信號(hào)截止失真，通過改變電壓放大過程中運(yùn)算放大器的反饋電阻的大小保持電纜中電流穩(wěn)定，反饋電阻大小由PLC控制。具體框圖見圖32。圖32發(fā)射控制器框圖 接收控制器 接收控制器對(duì)接收線圈中的信號(hào)進(jìn)行處理。接收線圈中的信號(hào)送入到接收控制器的電壓跟隨器中，這里的電壓跟隨器有兩個(gè)作用，一為隔離接受線圈和后續(xù)電路，二為增強(qiáng)后續(xù)電路的驅(qū)動(dòng)能力。緊接電壓跟隨器的放大電路的作用也不僅僅是放大信號(hào)，更重要的是它的放大增益使得二極管的壓降變小(相對(duì)于放大電路防在全波整流之后而言)。對(duì)高頻交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，如果選擇了合適的濾波電容后，不僅可以濾掉許多雜波，也可以使電路反映非常靈敏。最后一級(jí)為直流放大電路，可根據(jù)PLC的需要，調(diào)整其放大倍數(shù)，由PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。第4章 電路設(shè)計(jì)測(cè)量裝置用