【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，裝置測(cè)量所需的信號(hào)從發(fā)射控制到接收解調(diào)，都需要按10nS的時(shí)間相應(yīng)和相位精度來(lái)控制，而生產(chǎn)過(guò)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(huì)使得整段成卷的高壓電纜報(bào)廢。這里不允許通常的微機(jī)軟件跑飛再由看門(mén)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(jiàn)圖32：圖32 CPLD芯片U1MAX570T14 R86/C67提供了外部的上電復(fù)位信號(hào)； XT1有源晶振提供全局時(shí)鐘； SD2撥動(dòng)開(kāi)關(guān)用以設(shè)定測(cè)量所采用的工作頻率，； SD3撥動(dòng)開(kāi)關(guān)用于設(shè)定發(fā)射信號(hào)功率調(diào)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，它對(duì)接收信號(hào)的功率測(cè)量結(jié)果進(jìn)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(diǎn)信號(hào)監(jiān)測(cè)端，為生產(chǎn)檢測(cè)裝置時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)配所需； CZ4為檢測(cè)裝置的模式設(shè)定，可使檢測(cè)裝置改變工作模式，以適應(yīng)不同的接收頭。CZ_JS1為和信號(hào)接收頭的連接端子，為接收頭提供工作電源和接收信號(hào)所需的參考信號(hào)，其中信號(hào)FC為參考頻率，OUTV為當(dāng)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(hào)FC，信號(hào)接收放大器是個(gè)旋轉(zhuǎn)電容放大器構(gòu)成的同步外差電路，所謂參考信號(hào)就是一個(gè)和發(fā)射接收信號(hào)相差一個(gè)固定25Hz頻率差相位差的正負(fù)方波信號(hào)，接收頭利用該信號(hào)驅(qū)動(dòng)電容翻轉(zhuǎn)，該信號(hào)相當(dāng)一個(gè)混頻用的本振信號(hào)，接收信號(hào)通過(guò)旋轉(zhuǎn)電容放大器放大后，就同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)25Hz的差頻。然后再對(duì)該25Hz信號(hào)進(jìn)行窄帶放大和同步解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)高抗干擾和高增益。OUTV供接收頭按當(dāng)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(shuō)明當(dāng)前需要的增益越高，從而降低發(fā)射功率，使得整個(gè)檢測(cè)裝置處于上下動(dòng)態(tài)范圍都適中的最佳狀態(tài)。OUTV供接收頭按當(dāng)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(shuō)明當(dāng)前需要的增益越高，從而降低發(fā)射功率，使得整個(gè)檢測(cè)裝置處于上下動(dòng)態(tài)范圍都適中的最佳狀態(tài)。對(duì)25Hz的放大是個(gè)低漂移的交流放大器，后面接著25Hz的同步解調(diào)，整個(gè)帶寬僅為10Hz200Hz，是個(gè)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(duì)發(fā)射接收頻率放大的，因?yàn)镼做不高（他們的帶寬有正負(fù)幾KHz到十幾KHz，所以噪聲大，增益低） CZ_C1為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試所用的專用儀表連接端，供在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試時(shí)顯示上下通道的電平、發(fā)射信號(hào)電平、電纜偏差檢測(cè)電平等實(shí)時(shí)信號(hào)。 U1根據(jù)SD2設(shè)定的頻率，按檢測(cè)到的接收電平，產(chǎn)生經(jīng)寬度調(diào)制的檢測(cè)發(fā)射信號(hào)，并通過(guò)引腳DEVA/B輸出；U1同時(shí)根據(jù)發(fā)射信號(hào)頻率產(chǎn)生接收參考頻率信號(hào)提供給信號(hào)接收頭；Q4將參考頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)成峰峰達(dá)30Vpp的低阻信號(hào)傳輸給接收頭，從而有效抑制傳輸過(guò)程中的干擾引起的相位擾動(dòng)。圖42 發(fā)射信號(hào)電路 U1產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)經(jīng)半橋驅(qū)動(dòng)IC電路IRS2184，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)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(fù)載（發(fā)射線圈）之間的阻抗變換。C8C92用于調(diào)配負(fù)載發(fā)射線圈阻抗。RC1用于監(jiān)測(cè)負(fù)載發(fā)射電流，使用時(shí)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(hào)，該信號(hào)供檢測(cè)裝置系統(tǒng)進(jìn)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(shuō)明1.《40db帶寬≤177。 KHz》 這項(xiàng)指標(biāo)反映儀器設(shè)備的抗干擾性能。常有這樣情況，設(shè)備原來(lái)工作很正常，但是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)其它機(jī)器一開(kāi)動(dòng)，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(hào)選擇性指標(biāo)慣用3db帶寬，這里為什么要用40db呢？因?yàn)閼掖箍刂破髟砼c其它儀器不同，它要測(cè)量的不是信號(hào)的大小，而是更微弱的“信號(hào)變化量”的大小，一個(gè)干擾對(duì)信號(hào)自身影響可能并不大，僅有百分之幾，但是對(duì)于“信號(hào)變化量”的影響卻往往是百分之百的。“3db帶寬”意味信號(hào)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(wàn)分之一。具體到懸垂控制器，“40db帶寬≤177。 KHz”意味一個(gè)與被測(cè)量的輸入信號(hào)電平相當(dāng)?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(xiàng)指標(biāo)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(méi)有任何一款能超過(guò)100μV的，所以都必須使用那種磁環(huán)構(gòu)成的發(fā)射線圈，因?yàn)樗陌l(fā)射效率很高，這樣可以在信號(hào)衰減較小的中壓交聯(lián)線上使用，但用在信號(hào)衰減較大的絕緣型如橡套生產(chǎn)線上則常常仍會(huì)有靈敏度不夠的問(wèn)題。本型號(hào)懸垂控制器因?yàn)榫邆渥銐蚋叩撵`敏度，所以采用了一種可拆分成兩個(gè)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(diǎn)，除了堅(jiān)固穩(wěn)定、拆卸安裝簡(jiǎn)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(hào)來(lái)判斷電纜位置的，可是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，懸垂控制器接收的不僅僅是電纜的感應(yīng)信號(hào)，往往還有與電纜位置無(wú)關(guān)的，從空間直接耦合過(guò)來(lái)的發(fā)射信號(hào)，這在那些對(duì)信號(hào)衰減較大的線型生產(chǎn)時(shí)情況尤為嚴(yán)重，因?yàn)檫@時(shí)的有用的電纜感應(yīng)信號(hào)最小，無(wú)用的空間耦合信號(hào)最強(qiáng)（發(fā)射功率最強(qiáng)），這同樣會(huì)對(duì)懸垂位置的檢測(cè)形成了干擾，而且這種干擾是無(wú)法靠提高頻率選擇性來(lái)消除的，因?yàn)樗蜋z測(cè)信號(hào)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(hào)的電場(chǎng)分量，從而有力的對(duì)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(cè)原理下，至關(guān)重要的一項(xiàng)指標(biāo)，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(guò)程中對(duì)電纜位置信號(hào)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(shí)加以調(diào)節(jié)，就會(huì)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(hào)衰減小的時(shí)候，對(duì)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(shí)由于信號(hào)沒(méi)有超出懸垂控制器的輸入線性范圍，對(duì)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(hào)，將會(huì)使得后續(xù)調(diào)速、調(diào)節(jié)裝置無(wú)所適從，其實(shí)，這往往正是后續(xù)調(diào)速器的PID參數(shù)“沒(méi)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(shuō)，信號(hào)衰減的變化究竟是多少呢？經(jīng)多地實(shí)測(cè)，對(duì)于多數(shù)生產(chǎn)線，在一種型號(hào)線的生產(chǎn)過(guò)程中，這個(gè)變化多在10—20倍間；在生產(chǎn)不同型號(hào)電纜時(shí)，又有可達(dá)十?dāng)?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(dá)到五百以上。其它懸垂控制器發(fā)射功率的精細(xì)調(diào)節(jié)是無(wú)法做到一百以上的，但因?yàn)閼掖箍刂破鬟€有個(gè)10倍左右的線性輸入范圍，這樣，在理想情況下，不考慮對(duì)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(wú)法做到在全范圍內(nèi)保證控制靈敏度不變，但只要經(jīng)過(guò)專業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)細(xì)心調(diào)配，還是能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)生產(chǎn)線進(jìn)行概略控制的。只是，這種“細(xì)心調(diào)配”的結(jié)果卻是不能保證長(zhǎng)期生產(chǎn)的，因?yàn)閷?duì)于不同的生產(chǎn)線，其信號(hào)衰減又可能有十多倍的不同，這就是很多懸垂控制器本來(lái)用的正常，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后出現(xiàn)“故障”的原因，因?yàn)樵O(shè)備狀態(tài)的長(zhǎng)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(duì)于懸垂檢測(cè)而言，其檢測(cè)條件已經(jīng)改變了。 以上說(shuō)明了一個(gè)懸垂控制器，要想可靠地長(zhǎng)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(chǎng)“細(xì)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(gè)懸垂控制器作為一個(gè)通用產(chǎn)品，不是針對(duì)某一條生產(chǎn)線，而是拿到任何一條生產(chǎn)線上，無(wú)需專業(yè)人員的專門(mén)“細(xì)心調(diào)配”，都能可靠工作，就必須有數(shù)千乃至萬(wàn)倍以上的發(fā)射調(diào)節(jié)倍率，簡(jiǎn)單地說(shuō)，一個(gè)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(shí)現(xiàn)“全覆蓋”。依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，實(shí)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(hào)電纜生產(chǎn)過(guò)程中、以及設(shè)備和環(huán)境長(zhǎng)期變化中的信號(hào)變化。而對(duì)于個(gè)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(cè)條件下對(duì)發(fā)射功率實(shí)施萬(wàn)倍以上的精細(xì)調(diào)節(jié)是困難的，通過(guò)特殊的發(fā)射和接收電路相結(jié)合，得到了比萬(wàn)倍更精細(xì)一、兩個(gè)數(shù)量級(jí)的調(diào)節(jié)率，才實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。4.《系統(tǒng)動(dòng)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(hào)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(xiàng)輸出參數(shù)不變、而“可工作范圍”則是指在此范圍內(nèi)，對(duì)電纜中心位置仍能識(shí)別，系統(tǒng)仍可控，但輸出參數(shù)會(huì)有改變。其實(shí)以上介紹的各項(xiàng)性能參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)和相互制約的：沒(méi)有高的抗干擾性能就無(wú)法實(shí)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(qiáng)衰減下的發(fā)射功率會(huì)大到不切實(shí)際；而高發(fā)射調(diào)節(jié)率正是增大的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的手段。兩款懸垂控制器，基本性能指標(biāo)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(duì)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(jī)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(kāi)發(fā)射盒蓋后，通過(guò)手動(dòng)的撥動(dòng)相應(yīng)開(kāi)關(guān)選定，無(wú)需繁瑣調(diào)節(jié) 《電流/電壓》輸出模式選擇選擇開(kāi)關(guān)位于發(fā)射板的右下角位置（見(jiàn)下圖）：（1）開(kāi)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(fù)電壓信號(hào)。電纜偏上時(shí)輸出正信號(hào)，偏下時(shí)輸出負(fù)信號(hào)。（2）開(kāi)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(fù)電流信號(hào)（177。40mA）。電纜偏上時(shí)輸出正信號(hào)，偏下時(shí)輸出負(fù)信號(hào)。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(kāi)關(guān)緊挨于《電流/電壓》輸出模式開(kāi)關(guān)的上方（見(jiàn)前圖）。（1）開(kāi)關(guān)扳向下方為《光隔離》方式輸出，即懸垂輸出是通過(guò)光電隔離后輸出往調(diào)節(jié)器的，完全隔離了懸垂檢測(cè)器與調(diào)速器/調(diào)節(jié)器之間的電氣連接。這可以避免因?yàn)閮烧唛g因電氣“地”或信號(hào)“地”之間存在電位差而造成可能的誤差或失常。還能防止因?yàn)楹涂刂乒耖g的連接形成大回路而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。（2）開(kāi)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(diǎn)在于：—；另外，信號(hào)輸出不會(huì)受到光電元件可能的溫飄特性影響。PID設(shè)定本機(jī)的信號(hào)輸出是可以由經(jīng)自帶的比例積分環(huán)節(jié)處理的，這對(duì)于一些較簡(jiǎn)易、無(wú)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(duì)于一些調(diào)整過(guò)程過(guò)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(jī)子上，從而簡(jiǎn)化其調(diào)整設(shè)定過(guò)程的手段。如果選擇信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)PID處理，可直接將面板上的《輸出方式》開(kāi)關(guān)打到“PID”檔位即可實(shí)現(xiàn)，出廠時(shí)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(kāi)發(fā)射盒上蓋，參照前圖按以下說(shuō)明撥動(dòng)相應(yīng)開(kāi)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(hào)，如對(duì)此檢測(cè)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(duì)大部分懸垂線工況而言，積分時(shí)間為5—10秒為宜，高速線可取到10—20秒。（3）對(duì)于只希望改變檢測(cè)靈敏度，而不需積分調(diào)節(jié)的用戶，可將圖中右上方SW4開(kāi)關(guān)的“積分選中”開(kāi)關(guān)位扳下。（4）對(duì)于采用外部比較器（包括接收盒比較器）作為PID輸入時(shí)，需將“PID輸入選擇”開(kāi)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(zhǔn)備的。圖52 PID參數(shù)選擇電流輸出方式可以增強(qiáng)后續(xù)的調(diào)速器（調(diào)節(jié)器）長(zhǎng)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(hào)串?dāng)_。PID調(diào)節(jié)功能則對(duì)于一些較簡(jiǎn)易、無(wú)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(duì)于一些調(diào)整過(guò)程過(guò)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(jiǎn)化其調(diào)整設(shè)定過(guò)程的便利。本懸垂控制器對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、電纜、以及儀器自身均無(wú)接地要求。因?yàn)椴捎每刹鸱殖蓛蓚€(gè)半圓環(huán)的發(fā)射線圈，安裝極其簡(jiǎn)單。產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)單，調(diào)試簡(jiǎn)潔，使用簡(jiǎn)易。總 結(jié)本文依據(jù)工程作為基礎(chǔ)，研究和設(shè)計(jì)了一套先進(jìn)的懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)電纜生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn):一、閱讀了國(guó)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(dòng)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(dòng)，傳動(dòng)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(jiǎn)化，避免了生產(chǎn)中因?yàn)閺埩Σ环€(wěn)定造成的電纜擦管、電纜在懸鏈中振蕩的問(wèn)題。二、對(duì)懸鏈?zhǔn)竭B續(xù)硫化生產(chǎn)線電纜的懸垂度的在線測(cè)控系統(tǒng)做出詳細(xì)的分析，改變了原來(lái)國(guó)外的音頻模擬電路的測(cè)控手段，使用PLC的數(shù)據(jù)采集功能和內(nèi)部強(qiáng)大的算法功能，使測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得到大大的提高，同時(shí)節(jié)約了大量成本，國(guó)外一套懸垂控制需要20多萬(wàn)人民幣，自己開(kāi)發(fā)只需要2萬(wàn)元左右。三、PID設(shè)定，本機(jī)的信號(hào)輸出是可以由經(jīng)自帶的比例積分環(huán)節(jié)處理的，這對(duì)于一些較簡(jiǎn)易、無(wú)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(duì)于一些調(diào)整過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，