【文章內(nèi)容簡介】 于連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，裝置測量所需的信號從發(fā)射控制到接收解調(diào)，都需要按10nS的時間相應(yīng)和相位精度來控制，而生產(chǎn)過程中是不允出現(xiàn)中斷或任何哪怕是瞬間的故障，電纜張力失控造成的局部擦管也會使得整段成卷的高壓電纜報廢。這里不允許通常的微機軟件跑飛再由看門狗拉回方式，所以本裝置采用全硬件控制，中心控制電路由CPLD芯片U1MAX570T144構(gòu)造而成，見圖32：圖32 CPLD芯片U1MAX570T14 R86/C67提供了外部的上電復(fù)位信號； XT1有源晶振提供全局時鐘； SD2撥動開關(guān)用以設(shè)定測量所采用的工作頻率，； SD3撥動開關(guān)用于設(shè)定發(fā)射信號功率調(diào)節(jié)的時間常數(shù)，它對接收信號的功率測量結(jié)果進行平均和積分； ISP1為U1MAX570T144的電路配置下載端； CZ1為U1MAX570T144內(nèi)部節(jié)點信號監(jiān)測端，為生產(chǎn)檢測裝置時監(jiān)測調(diào)配所需； CZ4為檢測裝置的模式設(shè)定，可使檢測裝置改變工作模式，以適應(yīng)不同的接收頭。CZ_JS1為和信號接收頭的連接端子，為接收頭提供工作電源和接收信號所需的參考信號，其中信號FC為參考頻率，OUTV為當前發(fā)射電平。并從接收頭獲取上下通道電平OUTAO、OUTBO，以及接收電平SPAN。參考頻率信號FC，信號接收放大器是個旋轉(zhuǎn)電容放大器構(gòu)成的同步外差電路，所謂參考信號就是一個和發(fā)射接收信號相差一個固定25Hz頻率差相位差的正負方波信號，接收頭利用該信號驅(qū)動電容翻轉(zhuǎn)，該信號相當一個混頻用的本振信號，接收信號通過旋轉(zhuǎn)電容放大器放大后，就同時產(chǎn)生一個25Hz的差頻。然后再對該25Hz信號進行窄帶放大和同步解調(diào)，從而實現(xiàn)高抗干擾和高增益。OUTV供接收頭按當前發(fā)射功率電平設(shè)定接收放大器的增益：發(fā)射功率越大，說明當前需要的增益越高，從而降低發(fā)射功率，使得整個檢測裝置處于上下動態(tài)范圍都適中的最佳狀態(tài)。OUTV供接收頭按當前發(fā)射功率電平設(shè)定接收放大器的增益：發(fā)射功率越大，說明當前需要的增益越高，從而降低發(fā)射功率，使得整個檢測裝置處于上下動態(tài)范圍都適中的最佳狀態(tài)。對25Hz的放大是個低漂移的交流放大器，后面接著25Hz的同步解調(diào)，整個帶寬僅為10Hz200Hz，是個窄帶放大器，所以噪聲很小，增益可以做得很高（80db）。一般其它產(chǎn)品是直接對發(fā)射接收頻率放大的，因為Q做不高（他們的帶寬有正負幾KHz到十幾KHz，所以噪聲大，增益低） CZ_C1為生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試所用的專用儀表連接端，供在現(xiàn)場安裝調(diào)試時顯示上下通道的電平、發(fā)射信號電平、電纜偏差檢測電平等實時信號。 U1根據(jù)SD2設(shè)定的頻率，按檢測到的接收電平，產(chǎn)生經(jīng)寬度調(diào)制的檢測發(fā)射信號，并通過引腳DEVA/B輸出；U1同時根據(jù)發(fā)射信號頻率產(chǎn)生接收參考頻率信號提供給信號接收頭；Q4將參考頻率信號驅(qū)動成峰峰達30Vpp的低阻信號傳輸給接收頭，從而有效抑制傳輸過程中的干擾引起的相位擾動。圖42 發(fā)射信號電路 U1產(chǎn)生的發(fā)射信號經(jīng)半橋驅(qū)動IC電路IRS2184，驅(qū)動場管Q8；而電容C10C106以及電感LP2構(gòu)成了低通濾波并完成了發(fā)射源到負載（發(fā)射線圈）之間的阻抗變換。C8C92用于調(diào)配負載發(fā)射線圈阻抗。RC1用于監(jiān)測負載發(fā)射電流，使用時可短路，不短路情況下，RC1最大功耗為2W。R118/C90輸出反映發(fā)射功率的電平信號，該信號供檢測裝置系統(tǒng)進行功率控制反饋，和為接收頭提供增益控制參考。第5章 懸垂控制器參數(shù)說明1.《40db帶寬≤177。 KHz》 這項指標反映儀器設(shè)備的抗干擾性能。常有這樣情況，設(shè)備原來工作很正常，但是生產(chǎn)現(xiàn)場其它機器一開動，設(shè)備工作就紊亂了，這基本都屬于設(shè)備抗干擾性能差。普通設(shè)備儀器的信號選擇性指標慣用3db帶寬，這里為什么要用40db呢？因為懸垂控制器原理與其它儀器不同，它要測量的不是信號的大小，而是更微弱的“信號變化量”的大小，一個干擾對信號自身影響可能并不大，僅有百分之幾，但是對于“信號變化量”的影響卻往往是百分之百的?！?db帶寬”意味信號通帶外的干擾功率被衰減一半，而“40db帶寬”則意味帶外的干擾功率降到了萬分之一。具體到懸垂控制器，“40db帶寬≤177。 KHz”意味一個與被測量的輸入信號電平相當?shù)母蓴_， KHz以上，造成電纜偏離中心的距離將≤，這也正是設(shè)定這項指標的依據(jù)。2.《輸入靈敏度≤1μV》 其它各種懸垂控制器靈敏度恐怕沒有任何一款能超過100μV的，所以都必須使用那種磁環(huán)構(gòu)成的發(fā)射線圈，因為它的發(fā)射效率很高，這樣可以在信號衰減較小的中壓交聯(lián)線上使用，但用在信號衰減較大的絕緣型如橡套生產(chǎn)線上則常常仍會有靈敏度不夠的問題。本型號懸垂控制器因為具備足夠高的靈敏度，所以采用了一種可拆分成兩個半圓環(huán)的金屬鎧裝發(fā)射線圈，它雖然發(fā)射效率較低，但是具備有眾多的優(yōu)點，除了堅固穩(wěn)定、拆卸安裝簡便外，更具備一種“抗多徑干擾”的功能。我們知道，懸垂控制器是靠接收懸垂管中的電纜感應(yīng)信號來判斷電纜位置的，可是在現(xiàn)場環(huán)境中，懸垂控制器接收的不僅僅是電纜的感應(yīng)信號，往往還有與電纜位置無關(guān)的，從空間直接耦合過來的發(fā)射信號，這在那些對信號衰減較大的線型生產(chǎn)時情況尤為嚴重，因為這時的有用的電纜感應(yīng)信號最小，無用的空間耦合信號最強（發(fā)射功率最強），這同樣會對懸垂位置的檢測形成了干擾，而且這種干擾是無法靠提高頻率選擇性來消除的，因為它和檢測信號頻率是完全相同的。而金屬鎧裝發(fā)射線圈的金屬外殼卻能完全的屏蔽了這種空間耦合信號的電場分量，從而有力的對此干擾形成抑制。3.《發(fā)射調(diào)節(jié)倍率 17，885倍》 這是在目前懸垂檢測原理下，至關(guān)重要的一項指標，也是決定一款懸垂控制器能否成為“傻 瓜型”產(chǎn)品的關(guān)鍵。 懸垂生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中對電纜位置信號的衰減是不斷變化的，如果發(fā)射功率不能隨懸垂系統(tǒng)的這種改變而及時加以調(diào)節(jié)，就會使懸垂控制器的控制輸出靈敏度處于不穩(wěn)定狀態(tài)，比如：在信號衰減小的時候，對于電纜位置的1cm偏差能輸出3V的偏差控制輸出，可是一旦衰減增大了十倍。盡管這時由于信號沒有超出懸垂控制器的輸入線性范圍，對于電纜中心位置仍能夠正確給出0V輸出，但是一旦電纜產(chǎn)生了位置偏差，所給出的這種不確定的偏差控制信號，將會使得后續(xù)調(diào)速、調(diào)節(jié)裝置無所適從，其實，這往往正是后續(xù)調(diào)速器的PID參數(shù)“沒有設(shè)置好”的原因：不是PID參數(shù)設(shè)置不正確，而是懸垂控制器給出的輸入量不正確。 那么，發(fā)射調(diào)節(jié)需要做到多少才能保證使用呢，換句話說，信號衰減的變化究竟是多少呢？經(jīng)多地實測，對于多數(shù)生產(chǎn)線，在一種型號線的生產(chǎn)過程中，這個變化多在10—20倍間；在生產(chǎn)不同型號電纜時，又有可達十數(shù)倍的變化，這樣總的變化在一百到三百之間，少數(shù)生產(chǎn)線可達到五百以上。其它懸垂控制器發(fā)射功率的精細調(diào)節(jié)是無法做到一百以上的，但因為懸垂控制器還有個10倍左右的線性輸入范圍，這樣，在理想情況下，不考慮對后續(xù)的PID調(diào)節(jié)性能保證，總的工作范圍還是能夠覆蓋數(shù)百倍的變化的。所以，盡管無法做到在全范圍內(nèi)保證控制靈敏度不變，但只要經(jīng)過專業(yè)人員的現(xiàn)場細心調(diào)配，還是能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)生產(chǎn)線進行概略控制的。只是，這種“細心調(diào)配”的結(jié)果卻是不能保證長期生產(chǎn)的，因為對于不同的生產(chǎn)線，其信號衰減又可能有十多倍的不同，這就是很多懸垂控制器本來用的正常，但是經(jīng)過一段時間后出現(xiàn)“故障”的原因，因為設(shè)備狀態(tài)的長期變化以及檢修、生產(chǎn)環(huán)境中周邊設(shè)備的增減，盡管還是原先的生產(chǎn)線，但對于懸垂檢測而言，其檢測條件已經(jīng)改變了。 以上說明了一個懸垂控制器，要想可靠地長期工作，并保證控制靈敏度不變，即使是在專業(yè)人員現(xiàn)場“細心調(diào)配”條件下，也需要有千倍以上的發(fā)射調(diào)節(jié)倍率；而如果要求一個懸垂控制器作為一個通用產(chǎn)品，不是針對某一條生產(chǎn)線，而是拿到任何一條生產(chǎn)線上，無需專業(yè)人員的專門“細心調(diào)配”，都能可靠工作，就必須有數(shù)千乃至萬倍以上的發(fā)射調(diào)節(jié)倍率，簡單地說，一個可靠的懸垂控制器，其《發(fā)射調(diào)節(jié)》參數(shù)必須能夠?qū)λ懈鞣N懸垂生產(chǎn)線的可能狀況實現(xiàn)“全覆蓋”。依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“全覆蓋”的保證就是發(fā)射調(diào)節(jié)率≥4000，它基本覆蓋了各種懸垂生產(chǎn)線在各種型號電纜生產(chǎn)過程中、以及設(shè)備和環(huán)境長期變化中的信號變化。而對于個別特殊情況乃至故障情況下的生產(chǎn)線，更考慮將上下限各延伸2倍：發(fā)射調(diào)節(jié)率≥16000。要在懸垂檢測條件下對發(fā)射功率實施萬倍以上的精細調(diào)節(jié)是困難的，通過特殊的發(fā)射和接收電路相結(jié)合，得到了比萬倍更精細一、兩個數(shù)量級的調(diào)節(jié)率，才實現(xiàn)了這一點。4.《系統(tǒng)動態(tài)范圍》 指的就是主要由前述發(fā)射調(diào)節(jié)倍率決定的，允許的懸垂系統(tǒng)信號變化范圍。其中“自適應(yīng)范圍”是指在此范圍內(nèi)，以“控制輸出靈敏度”為主的各項輸出參數(shù)不變、而“可工作范圍”則是指在此范圍內(nèi)，對電纜中心位置仍能識別，系統(tǒng)仍可控，但輸出參數(shù)會有改變。其實以上介紹的各項性能參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)和相互制約的：沒有高的抗干擾性能就無法實現(xiàn)高的靈敏度，否則輸出的全是干擾噪聲；有了高靈敏度，才使得高發(fā)射調(diào)節(jié)率成為可能，否則強衰減下的發(fā)射功率會大到不切實際；而高發(fā)射調(diào)節(jié)率正是增大的系統(tǒng)動態(tài)范圍的手段。兩款懸垂控制器，基本性能指標有所差異，但是均能滿足“傻瓜式”的使用要求。另外，其中的PHXC012B款，增加了《電流/電壓》、《光隔離/不隔離》輸出方式的選擇功能，和增加了PID調(diào)節(jié)功能，這些功能增加主要是針對某些功能、性能較差的調(diào)速器（調(diào)節(jié)器）而增設(shè)的。為了方便用戶不同需求，本機另外具備有《電流/電壓》輸出模式、《光隔離/不隔離》輸出模式、《PID參數(shù)》等選擇功能，功能雖多，但均只需打開發(fā)射盒蓋后，通過手動的撥動相應(yīng)開關(guān)選定，無需繁瑣調(diào)節(jié) 《電流/電壓》輸出模式選擇選擇開關(guān)位于發(fā)射板的右下角位置（見下圖）：（1）開關(guān)扳向下方為《電壓》方式輸出，即輸出的是與電纜偏移距離正比的正負電壓信號。電纜偏上時輸出正信號，偏下時輸出負信號。（2）開關(guān)扳向上方為《電流》方式輸出，即輸出的是與電纜偏移距離正比的正負電流信號（177。40mA）。電纜偏上時輸出正信號，偏下時輸出負信號。圖51 內(nèi)部選擇部分圖《光隔離/不隔離》輸出模式選擇其選擇開關(guān)緊挨于《電流/電壓》輸出模式開關(guān)的上方（見前圖）。（1）開關(guān)扳向下方為《光隔離》方式輸出，即懸垂輸出是通過光電隔離后輸出往調(diào)節(jié)器的，完全隔離了懸垂檢測器與調(diào)速器/調(diào)節(jié)器之間的電氣連接。這可以避免因為兩者間因電氣“地”或信號“地”之間存在電位差而造成可能的誤差或失常。還能防止因為和控制柜間的連接形成大回路而產(chǎn)生的電動勢。（2）開關(guān)扳向上方則為《不隔離》方式輸出，這是傳統(tǒng)的輸出方式，它較之《光隔離》方式輸出的優(yōu)點在于：—；另外，信號輸出不會受到光電元件可能的溫飄特性影響。PID設(shè)定本機的信號輸出是可以由經(jīng)自帶的比例積分環(huán)節(jié)處理的，這對于一些較簡易、無PID處理功能的調(diào)速器/調(diào)節(jié)器，提供了精確穩(wěn)定控制的便利。而對于一些調(diào)整過程過于復(fù)雜，不便設(shè)定的調(diào)速器/調(diào)節(jié)器，也提供了因?qū)ID設(shè)定轉(zhuǎn)移到本機子上，從而簡化其調(diào)整設(shè)定過程的手段。如果選擇信號輸出經(jīng)過PID處理，可直接將面板上的《輸出方式》開關(guān)打到“PID”檔位即可實現(xiàn)，出廠時PID的原始參數(shù)為：比例系數(shù) P=積分常數(shù) I=5S微分常數(shù) D未用PID輸入 內(nèi)部比較器輸入（內(nèi)部比較器為發(fā)射盒內(nèi)置的，外部比較器是不同接收頭內(nèi)部的）如要改變以上參數(shù)，可打開發(fā)射盒上蓋，參照前圖按以下說明撥動相應(yīng)開關(guān)選定。（1）—30。內(nèi)部比較器輸入為1V/cm，即電纜懸垂位置偏差1cm是，輸出1V的偏差信號，如對此檢測靈敏度嫌高或嫌低的話，亦可調(diào)節(jié)比例系數(shù)加以改變。（2）—30秒，對大部分懸垂線工況而言，積分時間為5—10秒為宜，高速線可取到10—20秒。（3）對于只希望改變檢測靈敏度，而不需積分調(diào)節(jié)的用戶，可將圖中右上方SW4開關(guān)的“積分選中”開關(guān)位扳下。（4）對于采用外部比較器（包括接收盒比較器）作為PID輸入時，需將“PID輸入選擇”開關(guān)扳到圖示下方（Ext）位置。一般用戶不必考慮，這是為某些有設(shè)備局部改造要求的特殊用戶準備的。圖52 PID參數(shù)選擇電流輸出方式可以增強后續(xù)的調(diào)速器（調(diào)節(jié)器）長距離輸入的抗干擾性能。光隔離輸出方式能防止懸垂控制器與調(diào)速器（調(diào)節(jié)器）之間可能的因地電位不相等而造成的相互影響。也隔離了可能的信號串擾。PID調(diào)節(jié)功能則對于一些較簡易、無PID處理功能的調(diào)速器（調(diào)節(jié)器），提供了精確穩(wěn)定控制的手段。而對于一些調(diào)整過程過于復(fù)雜、PID功能設(shè)定不便的調(diào)速器（調(diào)節(jié)器），也提供了可以將PID功能轉(zhuǎn)移到本儀器上，從而簡化其調(diào)整設(shè)定過程的便利。本懸垂控制器對生產(chǎn)設(shè)備、電纜、以及儀器自身均無接地要求。因為采用可拆分成兩個半圓環(huán)的發(fā)射線圈，安裝極其簡單。產(chǎn)品安裝簡單，調(diào)試簡潔，使用簡易。總 結(jié)本文依據(jù)工程作為基礎(chǔ)，研究和設(shè)計了一套先進的懸鏈式交聯(lián)電纜生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)，它具有以下特點:一、閱讀了國內(nèi)外大量交聯(lián)生產(chǎn)控制技術(shù)的資料，深入了解最新研究動態(tài)和技術(shù)方向，提出了采用交流變頻調(diào)速技術(shù)取代直流調(diào)速傳動，傳動控制系統(tǒng)采用恒張力交流變頻矢量卷繞控制，在保證生產(chǎn)和質(zhì)量的前提下，使系統(tǒng)簡化，避免了生產(chǎn)中因為張力不穩(wěn)定造成的電纜擦管、電纜在懸鏈中振蕩的問題。二、對懸鏈式連續(xù)硫化生產(chǎn)線電纜的懸垂度的在線測控系統(tǒng)做出詳細的分析，改變了原來國外的音頻模擬電路的測控手段，使用PLC的數(shù)據(jù)采集功能和內(nèi)部強大的算法功能，使測量的準確性和穩(wěn)定性得到大大的提高，同時節(jié)約了大量成本，國外一套懸垂控制需要20多萬人民幣，自己開發(fā)只需要2萬元左右。三、PID設(shè)定，本機的信號輸出是可以由經(jīng)自帶的比例積分環(huán)節(jié)處理的，這對于一些較簡易、無PID處理功能的調(diào)速器/調(diào)節(jié)器，提供了精確穩(wěn)定控制的便利。而對于一些調(diào)整過程過于復(fù)雜，