电缆行业悬垂控制器的设计概述bsov.docx

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1、兰州理工大学毕业设计LANZZHOUU UNNIVEERSIITY OFF TTECHHNOLLOGYY毕业设计计题 目 电电缆行业业悬垂控控制器的的设计 学生姓名名 邓 钰 学 号 11125001088 专业班级级 通通信工程程1班 指导教师师 陈友友苏 陈昊昊 学 院 计计算机与与通信学学院 答辩日期期 20014年年6月17日 第 页电缆行业业悬垂控控制器的的设计The Dessignn off Penddenccy Conttrolllerr in Cablle IInduustrry 邓钰Dengg Yu1125501008兰州理工大学毕业设计摘 要要 本文为了了在电缆生生产中提提

2、高生产产效率，保持系系统稳定定可靠运运行，提供可可靠便利利的控制制手段。在在工程中中，对原系系统中关关键部分分进行国国产化设设计，牵引张张力控制制将原直直流传动动系统改改进为主主从式变变频交流流调速牵牵引张力力控制系系统;讨讨论了电电缆悬垂垂度的在在线测控控技术，适用于于现场分分布参数数变化较较大的场场合，方法新新颖，具有实实用性和和普适性性;采用用PLCC和DCCS混合合控制系系统作为为主控制制策略，具有配配置灵活活、测量量准确、控控制协调调、性能能可靠和和维护方方便等优优势，使悬链链式交联联电缆生生产自动动控制达达到很高高的自动动化水平平。 设计内内容包括括交联电电缆生产产技术现现状综述述

3、;对交交联电缆缆生产牵牵引张力力控制系系统的研研究，重点分分析了张张力控制制系统的的方案;在线测测控的悬悬垂控制制器设计计，确定接接收和发发射装置置的线路路设计。关键词:悬链式式交联电电缆；牵引张张力；电缆悬悬垂度 ABSTTRACCTThiss thhesiis aaimeed aat hhighher effficienncy, sttablle aand relliabble opeerattionn annd cconvveniientt coontrrol in cabble prooducctioon . Thee keey oof tthe forrmerr syysteem w

4、was dessignned acccorddingg too thhe ffactt off chhinaa inn thhe pprojjectt. Thee drraugght-tennsioon cconttroll syysteem aadopptedd a priimarry-sseconddaryy Vaariaablee Vooltaage andd Vaariaablee Frrequuenccy conntrool ssysttem inssteaad oof sspeeed ggoveerniing sysstemm off diirecct ccurrrentt; Th

5、ee onn-linee meeasuuremmentt coontrrol tecchniiquee off peendeency oof ccablle wwas disscusssedd, andd thhe eequiipmeent forr thhis tecchniiquee waas ddeveelopped; thee eqquippmennt aalsoo caan aadjuust itsselff too kiindss off caablees aand thee siituaatioon wwherre pparaametter of cappaciitannce c

6、haangee; thee meethood iis nnew, annd iit ccan be appplieed sseveerall ottherr faacetts. In thee prrojeect we adoopteed aa PLLC-DDCS commbinned hybbridd coontrrol metthodd wiith thee meeritts oof fflexxiblle cconffiguurattionn. AAccuuratte mmeassureemennt, coorrdinnateed cconttroll, reeliaablee peer

7、formaancee annd cconvveniientt maainttenaancee, achieevinng aa hiigheer aautoomattionn leevell off XLLpe ccablle MManuufactuure.The conntennt oof tthe papper inccluddes thee prreseent staate of tecchniiquee off XIIpe cabble Mannufactuure, inncluudess thhe rreseearcch oon tthe draaughht-tennsioon cco

8、nttroll sysstemm, foccusiing on schemme; inccluddes thee deesiggn oof tthe on-linne mmeassureemennt cconttroll teechnniquue oof ppenddenccy oof ccablle.Keywwordds: XLpe; Thee Drauughtt-Tenssionn; Penndenncy of Cablle 目 录录第1章 绪论11.1选选题背景景和技术术说明11.2现现代电缆缆行业的的介绍31.3交交联电缆缆生产技技术现状状综述41.4本本设计的的主要工工作意义义5第2

9、章 交联电电缆生产产牵引张张力控制制系统72.1张张力控制制系统概概述72.2 三种张张力控制制方案72.3张张力控制制系统的的方案确确定9第3章 在线测控的悬悬垂控制制器设计计113.1悬悬垂度测测量的概概述113.2系系统组成成及测控控原理113.3系系统硬件件设计11第4章 电路设设计144.1中中心控制制电路144.2发发射信号号输出电电路16第5章 悬垂控控制器参参数说明明175.1基基本参数数说明175.2模模式选择择19总 结结22参考文献献23附录：外外文翻译译24致 谢谢45兰州理工大学毕业设计第1章 绪论1.1选选题背景景和技术术说明1.1.1选题题背景 交联(XLPPE-

10、Crooss-Linnkedd Poolyeethyylenne)电电缆是固固态绝缘缘的代表表产品。聚聚乙烯树树脂本身身是一种种常温下下电性能能极优的的绝缘材材料。用用辐照或或化学方方法对它它进行交交联处理理，使其分分子由原原来的线线型结构构变成网网状立体体结构，从从而改善善材料在在高温下下的电性性能和机机械性能能。用这这种材料料作高压压电缆的的绝缘可可以不用用绝缘油油之类的的液体，是一种种干式绝绝缘结构构。它适适用于110Vkk及以上上电压等等级的输输配电线线路，使用场场合十分分广泛。交交联电缆缆的使用用历史不不长，只有330年左左右，但发展展很快。自自60年年代初世世界上第第一条666kv

11、v交联电电缆投入入使用以以来，大约每每5年便便提高一一个电压压等级。目目前.全全世界666kVV电压等等级以下下交联电电缆的销销售量已已占电力力电缆总总量的990%以以上。 交联电电缆一般般在悬链链式交联联电缆生生产线(CVC-Cattenaary CV-linne)和和垂直式式或塔式式交联电电缆生产产线(VCV-verrticcal CV-linne)上上生产。 交联电电缆的绝绝缘强度度取决于于绝缘体体一半导导体过渡渡区的均均匀度和和绝缘材材料的纯纯度和完完整性，而这些些都必须须在生产产过程中中受到严严密的控控制，因此交交联电缆缆生产过过程的自自动化手手段是不不可缺少少的。 90年年代初安安

12、徽某电电缆有限限公司从从芬兰诺诺基亚(NOKKIA)公司引引进了一一套悬链链式交联联电缆生生产线，采用干干式硫化化三层共共挤生产产工艺，采用西西门子SS5系列列可编程程控制器器(PLLC)作作为控制制核心，是当时时国内外外先进的的交联生生产线;经过多多年运行行，系统开开始老化化，进入故故障高峰峰阶段，该生产产线是该该电缆有有限公司司的产品品主导生生产线，为了适适应市场场和企业业自身发发展的需需要，为了不不影响生生产和产产品质量量，该电缆缆有限公公司提出出对生产产线中故故障率高高的技术术核心部部分进行行国产化化改造，并且对对生产全全过程实实现计算算机监控控，达到世世界上先先进的生生产线水水平1。

13、1.1.2技术术说明 在工业业生产中中，过程控控制系统统完成生生成工艺艺参数的的检测、显显示、记记录、调调节、控控制、报报警等功功能，它对提提高生产产线的作作业率，改善产产品质量量及缩短短新产品品、新工工艺的开开发周期期起着极极其重要要的作用用。其特特点是对对生产实实时过程程进行控控制，控制过过程复杂杂，监控参参数多且且数据变变化快，数据处处理及贮贮存量大大。根据据过程控控制系统统的特点点及不同同生产工工艺过程程控制要要求，应用不不同的控控制系统统才可以以既安全全可靠又又经济高高效地完完成生产产任务4。 目前，国内先先进的大大、中型型过程控控制系统统基本上上以采用用PLC和DCCS为主主，下面

14、简简要分析析了一下下.PLLC、DDCS及及FCSS在生产产过程控控制中的的不同应应用特点点及选择择原则。一、各种种控制系系统的特特点1.PLLC系统能能很好地地完成工工业实时时顺序控控制、条条件控制制、计数数控制、步步进控制制等功能能;能够够完成模模/数AA(/DD)、数数/模(D/AA)转换换、数据据处理、通通讯联网网、实时时监控等等功能。2.DCCS具有有以下主主要特点点:功能能全;采采用网络络通信技技术;完完备的开开放系统统;可靠靠性高;具有综综合性和和专业性性:实现现了人一一机对话话技术;系统扩扩展灵活活;管理理能力强强。3.FCCS主要要有以下下特点:系统结结构的高高度分散散性;可

15、可互操作作性强;数据的的有效性性和完整整性;可可控制性性强;安安全性高高;扩展展灵活。二、控制制系统的的选择 由于现现场总线线控制系系统FCCS系统统仍处于于发展阶阶段，标标准未统统一，各设备备生产厂厂家处于于观望状状态，现有总总线标准准的智能能设备价价格明显显偏高。电电缆行业业具有调调节回路路较少、监监视参数数多的特特点，现场总总线FCCS控制制系统应应用较少少，部分分应用也也是作为为PLCC系统的的远程终终端，一般采采用Prrofiibuss总线。随着微电电子技术术尤其是是个人计计算机技技术的飞飞速发展展，PLC和DCCS的性性能都有有了极大大的改进进。PLLC大大提提高了数数据处理理功能

16、和和通讯与与监控功功能，DCSS系统向向开放性性发展，操作站站采用工工控机，操作系系统采用用通用WWinddwoss操作平平台，CP机机丰富的的软件资资源得以以利用，因而大大大降低低了系统统复杂程程度和价价格，提高了了系统的的性价比比。PLLC和DCCS在抢抢占市场场的过程程中，两者相相互借鉴鉴、渗透透、融合合，极大地地增加了了用户在在设计和和使用中中的选择择性。同时，由由于各种种控制系系统生产产制造厂厂家较多多，产品更更新换代代快，也给系系统选择择带来一一定困难难。现依依据PLLC系统和和DCSS的不同同特点，对过程程控制系系统的设设计选型型和应用用归纳总总结以下下原则进进行选择择。同时，由

17、由于各种种控制系系统生产产制造厂厂家较多多，产品更更新换代代快，也给系系统选择择带来一一定困难难。现依依据PLC系统和和DCSS的不同同特点，对过程程控制系系统的设设计选型型和应用用归纳总总结以下下原则进进行选择择。1、按过过程控制制系统的的控制规规模及复复杂程度度不同的生生产过程程，过程控控制系统统控制规规模与复复杂程度度不同，通常在在过程控控制系统统规模较较大、复复杂程度度较高时时优先选选择DCCS。因因为该系系统是根根据过程程控制系系统的特特点发展展而来的的，它对大大量的模模拟量数数据信息息能较好好地进行行处理、分分析、运运算，能完成成各种复复杂、繁繁琐的调调节控制制计算，因此能能够完成

18、成规模大大、复杂杂程度高高的过程程控制系系统的工工作。2、 按投资规规模和项项目经济济效率合合理选择择 在一些些中小型型项目中中，特别是是中小型型改造项项目，投资较较少，规模较较小的监监控系统统应优先先选择价价格相对对低廉、性性价比较较好的PPLC系系统。3、 考虑系统统连续性性、兼容容性及通通讯性能能 改造项项目中，如原项项目中已已有计算算机控制制系统，则要考考虑系统统的连续续性及兼兼容性。如如果电气气控制系系统占有有很大的的比重，则要考考虑与生生产管理理计算机机系统信信息网络络的连接接即通讯讯性能。4、考虑虑系统生生产厂家家技术服服务性目前在中中国PLLC系统和和DCSS的销售售市场，国外

19、生生产厂家家占有率率很大，国外各各大生产产厂家一一般在中中国高能能产品宣宣传和技技术服务务机构，而国外外公司经经常进行行重组、合合并或兼兼并，由于各各公司产产品结构构、销售售策略、市市场占有有方向个个不相同同，合并或或兼并后后，在中国国市场的的技术宣宣传和服服务方面面，将有所所变化，有些有有所加强强而有些些有所削削弱，因此我我们在选选择系统统时，应充分分掌握信信息，考虑系系统生产产厂家技技术服务务性，以保护护所选择择系统的的先进性性、发展展性，以保证证具有充充分的技技术支持持和备品品备件供供。综上所述述，系统选选型的原原则可从从以下几几个方面面考虑:系统规规模、复复杂程序序、系统统的廉容容及通

20、讯讯性能，以及生生产厂家家技术支支持和售售后服务务等。在在生产过过程控制制系统中中，根据过过程对象象复杂程程度的不不同，以及针针对控制制系统的的可靠性性合理选选择的不不同控制制系统，对保证证生产过过程控制制系统的的自动化化水平，降低工工程造价价有着十十分重要要的意义义15。1.2现现代电缆缆行业的的介绍中国的电电力工业业从18882年年至19949年年，经过667年装装机容量量只达到到1.885WGG;而在在19449年新新中国成成立之后后的半个个世纪中中，中国的的电力工工业取得得了迅速速的发展展，平均每每年以11%0以以上的速速度在增增长，到19998年年全国装装机容量量己达到到2777WG

21、以以上，跃居世世界第22位。特特别是进进入本世世纪900年代以以来，我国的的电力平平均每年年新增装装机容量量17多多Gw，实现装装机容量量8年翻翻一番，终于缓缓解了近近50年年的持续续缺电局局面，使电力力供应有有所缓和和;同时时从19998年年开始撤撤消电力力部、成成立国家家电力公公司，以此为为标志，在中国国结束了了由国家家垄断电电力的局局面，由此向向建立统统一、竞竞争、有有序的电电力市场场迈进，逐步与与国际接接轨，与国际际电力改改革潮流流一致。电电力供应应缓和的的出现、国国家电力力公司的的成立及及电力市市场的起起步，是我国国电力工工业在220世纪纪末所出出现的具具有历史史性意义义的2件件大事

22、1。 纵观220世纪纪的社会会和经济济发展，一个突突出特点点是，电力的的使用己己渗透到到社会经经济、生生活的各各个领域域。由于于电力具具有便于于转换能能源型式式，能高度度集中和和无限划划分，清洁干干净和易易于控制制，可大规规模生产产和远距距离输送送等特性性，使电力力发展和和应用的的程度，即一个个国家的的电气化化程度成成了衡量量其社会会现代化化水平高高低，以及物物质文明明和精神神文明高高低的重重要标志志之一。特特别是在在进入以以信息、电电子、生生物技术术为代表表，从集中中到分散散，从等级级结构到到网络结结构，从简单单选择到到多种选选择的221世纪纪，电力将将继续发发挥其他他能源形形式所不不能替代

23、代的作用用，而且对对电力的的依赖程程度将更更高，对电力力供应的的数量和和品质也也将提出出更大、更更高的要要求。 虽然从从19997年开开始到119988年，全国电电力供应应紧张的的状况有有了缓和和，局部地地方出现现了电力力供大于于求，但是我我国的用用电水平平还是很很低的。到到19998年，全国人人均占有有装机容容量O，22kkw，发电量量只有9927kkwh，这一水水平只相相当于世世界平均均水平的的1/33左右，为发达达国家的的16/一1/10，与富裕裕的小康康生活水水平对电电力的要要求也相相差甚远远。电网网结构薄薄弱，特别是是5000Vk网网架在大大部分电电网中尚尚未真正正形成，电网的的安全

24、性性差，可靠性性低，自动化化水平不不高，电网调调峰容量量不足，损耗大大，供电质质量差，远远不不能适应应21世世纪信息息时代对对电力供供应的数数量和质质量的要要求。 因此，进入221世纪纪后，我国电电力仍将将以较高高的速度度和更大大的规模模发展，电源和和电网建建设的任任务仍很很重，同时，电力的的发展还还要合乎乎可持续续发展战战略，并受到到环境的的严重制制约:还还将接受受全球范范围内电电力体制制改革和和技术创创新能力力的挑战战，使之在在技术上上、管理理上适应应电力市市场化体体制和竞竞争需要要;将迎迎接全球球和地区区经济一一体化挑挑战，使电网网互联范范围不断断扩大。 根据上上述电力力这2大大任务，按

25、照我我国经济济发展分分三步走走的战略略，到20000年年在解决决温饱之之后要基基本达到到小康水水平，到20010年年要达到到富裕小小康水平平，到211世纪中中期要达达到中等等发达国国家水平平。总之之，在这相相当长的的时期内内我国仍仍处于工工业化和和现代化化时期，因此对对电力的的需求仍仍然非常常旺盛，要有更更大规模模的电力力建设来来满足我我国工业业化和现现代化建建设对电电力的需需要。 21世世纪初220年，是我国国电力发发展的关关键时期期，重点是是在加强强电网建建设，同时继继续加强强电源建建设，加快结结构调整整。未来来3一55年内，中压110一335kVV电缆将将以环比比增长110%速速度扩大大

26、应用量量。以往往数年的的城市电电网建设设与改造造，使供电电部门积积累了大大量经验验和教训训，主要是是:l、大量量应用大大截面三三芯电缆缆。由于于考虑到到今后110一巧巧年甚至至更长时时间的发发展，为避免免以后输输电容量量不够又又要扩容容，供电部部门在选选用电缆缆时，会尽量量放大截截面，以免留留下后遗遗症。2、单芯芯大截面面电缆将将有所推推广。现现在常用用三芯电电缆，安装敷敷设分支支困难。国国外大多多数采用用三个单单芯电缆缆大节距距绞合的的方法，既方便便敷设，尽量减减少占用用地下空空间，又便于于分支。3、城市市电网建建设与改改造工程程中，电缆地地下化是是各地的的一项重重要任 往确定定在500一8

27、00%左右右。因此，中中压交联联电缆在在今后较较长的一一段时间间内，有较大大的市场场机遇。1.3交交联电缆缆生产技技术现状状综述交联电缆缆以其良良好的电电气，机械性性能和容容易敷设设等优点点得到迅迅速发展展，大有替替代传统统的铝包包纸绝缘缘电力电电缆，聚氯乙乙烯电力力电缆和和不滴流流纸力电电缆的趋趋势。目目前在交交联电缆缆生产中中世界各各国普遍遍采用过过氧化物物直接交交联工艺艺，其过程程是:导导电线芯芯经过挤挤包内屏屏蔽，绝缘层层和外屏屏蔽后进进入交联联管内化化学交联联，使挤包包的PEE分子交交联成XXLPEE然后进进入冷却却管内冷冷却，在保持持其电器器性能不不变的情情况下，可改善善PE的的热

28、特性性和机械械特性，提高电电缆的品品质。 交联电电缆生产产线是电电线电缆缆设备中中最复杂杂的一个个生产系系统，它包括括塑料挤挤出机组组，交联机机冷却系系统，上下牵牵引装置置，收放线线及储线线装置，控制系系统和辅辅助装置置，设备占占地面积积大，生产厂厂房要求求条件高高，这种交交联电缆缆生产线线的方式式以挤出出机组布布置在几几十米高高的交联联塔顶部部，交联管管垂直地地面安装装即立式式布置最最为理想想，它可以以生产更更高电压压等级的的交联电电缆。有有效的防防止电缆缆偏心和和擦管现现象，保证电电缆质量量。但因因VVCC塔高需需70米米以上，土建费费用高，建厂投投资高，目前选选用这种种布线方方式和设设备

29、的厂厂家很少少。 悬链线线式交联联电缆生生产线的的布线方方式既可可解决交交联生产产中的擦擦管问题题，又不使使建筑费费用增高高(一般般厂房经经改造即即可安装装)，是目前前国内外外应用最最广泛的的交联电电缆生产产线。挤挤出机组组安放在在较高的的平台上上，交联管管呈悬链链线状 从平台台上往地地面延伸伸，根据所所设计的的生产速速度，产品规规格和其其他条件件确定悬悬链形状状，长度和和冷却段段的尺寸寸，挤包后后的交联联电缆就就是靠上上下牵引引装置的的张紧力力保持其其在悬链链线管内内的中心心位置，并使电电缆在管管内按规规定的速速度运动动，从而完完成电缆缆的连续续交联和和冷却过过程，每一条条交联电电缆生产产线

30、其交交联管的的悬链形形状是固固定不变变的。而而生产的的电缆在在一定的的范围内内是分批批变化的的。因此此保持在在管内的的正确位位置和连连续生产产运动是是衡量一一条生产产线的主主要技术术指标。交交联管内内压力，温度，水位等等影响使使电缆在在管内的的位置经经常产生生波动和和变化，通过安安装在交交联管上上的悬垂垂控制器器和控制制系统调调整上下下牵引装装置，以免擦擦伤管臂臂，划伤电电缆外层层屏蔽。如如果牵引引装置没没有可靠靠的技术术特性和和适时准准确的悬悬垂度测测量，生产线线就不能能正常工工作。现在悬垂垂控制多多用PII或PIID控制制，在这这种控制制方式下下，需要要针对控控制对象象设定专专门的PP（比

31、例例）、II（积分分）、DD（微分分）参数数。而这这些参数数的设定定，是针针对特定定的控制制系统的的，对于于悬垂生生产线，要要求在电电缆偏离离中心位位置时，必必须是针针对确定定的偏离离距离给给出确定定的误差差信号，比比喻说对对于电缆缆偏上11CM，必必须给出出1V的的误差电电压，而而不能是是时而给给出1VV，时而而给出22V或00.5VV，偏差差不变则则误差电电压就不不能变，只只有在这这样的情情况下，PPID针针对控制制对象设设定的PPID参参数才有有意义，才才能最佳佳的控制制电缆稳稳定的处处于悬垂垂管中心心位置。否否则，不不是电缆缆位置控控制过于于迟缓，就就是控制制过冲，在在生产实实践中，这

32、这两种情情况下都都会不可可避免的的造成电电缆在悬悬垂管中中的上下下摆动。1.4本本设计的的主要工工作意义义1.现有有检测不不能适应应生产环环境中被被检测信信号大幅幅起伏不不定的的的工作条条件，如如电缆对对中心位位置的相相同1ccm偏差差，在信信号正常常时检测测装置能能正常给给出1VV的偏差差电压，但但在信号号较强时时给出的的偏差电电压变成成了2VV，在信信号偏弱弱时偏差差电压又又变成00.5VV。这使使得后续续调节控控制紊乱乱，其实实这就是是现在国国内几乎乎所有电电缆厂的的悬垂生生产线调调速器PPID参参数设置置“困难”的实际际原因输入入变量不不确定。 现在悬悬垂控制制器（传传感器）现现在完全

33、全做不到到这一点点（指偏偏差不变变则误差差电压就就不能变变），因因为现在在的测量量原理是是利用电电缆中流流过的感感应电流流，但是是这个感感应电流流的大小小，是依依据多种种因素变变化的，根根据实地地采样记记录造成成电流变变化并引引起传感感器输出出相应的的变化状状况：a.同样样线型电电缆在生生产缠绕绕过程中中变化可可达200倍。b.不同同线型造造成信号号变化又又可以达达到若干干倍c.因为为生产线线检修、周周边环境境改变等等造成生生产线相相对悬垂垂检测所所需的分分布参数数改变，又又会引起起传感器器输出变变化若干干倍。综合上述述因素，总总的影响响可以达达到数千千倍以上上，由此此看到，如如果不对对这些因

34、因素加以以控制，悬悬垂传感感器时无无法提供供PIDD控制所所必须的的正确输输出，这这就是电电缆控制制不稳的的根本原原因。在在这种情情况下，技技术人员员往往精精心调配配好PIID控制制，短时时间似乎乎正常了了，可时时间一久久，又往往往失控控。 2.信信号允许许动态范范围不足足、抗干干扰性能能差，造造成检测测装置的的灵敏度度无法提提高。现现有国内内外悬垂垂检测装装置都无无法使用用到连硫硫生产线线上，因因为这里里的被检检测信号号更弱、信信号起伏伏更大。 所以必必须使得得传感器器输出仅仅仅和位位置及其其偏离相相关，而而对于其其它因素素可能造造成的传传感器输输出误差差予以补补偿和消消除。 传感器器要有大

35、大的动态态范围，以以适应感感应电流流变化，既既在全程程范围（管管内上下下偏离110CMM）信号号不饱和和，又具具有足够够的相信信分辨率率（正负负1mmm）。研究课题题主要解解决这两两大点难难题。第2章 交联电电缆生产产牵引张张力控制制系统2.1张张力控制制系统概概述在工业生生产的很很多行业业中，都需要要进行比比较精确确的张力力控制，保持张张力的恒恒定，以提高高产品质质量。这这些行业业诸如造造纸、纸纸加工、印印刷、印印染、包包装、电电线电缆缆、光纤纤光缆、胶胶粘带、纺纺织、皮皮革、金金属箔加加工、纤纤维、橡橡胶等。在在这些行行业的收收、放卷卷工艺中中，为了满满足工艺艺要求都都需要保保持线材材或带

36、材材上张力力的恒定定。典型型的张力力控制收收卷示意意图如下下:图2-11张力控控制示意意图现在几乎乎所有国国外的交交联电缆缆生产线线上下牵牵引张力力控制采采用直流流调速方方式，直流电电机配置置全数字字控制的的直流驱驱动器，调速的的精度和和性能都都是相当当好的，但随着着工作年年限的增增加，直流电电机的维维护量增增大，维护费费用巨大大，经常出出现直流流电机在在维护过过后特性性发生变变化，造成系系统的不不稳定。 随着电电力电子子技术的的发展，变频调调速技术术从最初初的VFF/转矩矩控制到到矢量控控制，调速性性能也达达到了日日臻完美美的地步步。伴随随着技术术成熟的的同时，变频调调速价格格也相当当经济，

37、同样一一套交联联生产线线，变频交交流调速速张力系系统的造造价已经经低于直直流调速速张力系系统的造造价，虽然变变频器价价格稍高高于直流流驱动器器，但其可可靠的稳稳定性和和易维护护性有独独到的优优势，交流异异步鼠笼笼电机更更因价格格低廉、维维护简单单而广泛泛应用;相对而而言，对于交交联电缆缆生产线线上下牵牵引张力力控制，交流系系统的实实现比直直流系统统更加直直观和简简单14。2.2 三种张张力控制制方案张力控制制系统的的目的就就是保持持线材或或带材上上的张力力恒定，由变频频器构成成的系统统可以通通过两种种途径达达到以上上目的:一是通通过控制制电机转转速来实实现;另另一种是是通过控控制电机机输出转转

38、矩来实实现。对对应这两两种途径径，有三种种控制方方案可选选择。2.2.1张力力闭环控控制方案案l(速速度模式式)通过调节节电机转转速达到到张力恒恒定。首先由带带(线)材的线线速度和和卷筒的的卷径实实时计算算出同步步匹配频频率指令令，然后通通过张力力检测装装置反馈馈的张力力信号与与张力设设定值构构成PIID闭环环，调整变变频器的的频率指指令。同步匹配配频率指指令的计计算方程程式: f = ( V * P * I ) / ( * D) (2-1)其中:ff变频器器同步匹匹配频率率指令V 材料料线速度度P电机极极对数I机械传传动比D卷筒的的卷径材料线速速度由线线速度检检测模块块获得，卷径有有卷径计计

39、算模块块获得。此方案中中，保证比比较准确确的同步步匹配频频率指令令可以减减少P功功调节器器的调节节量，使系统统更容易易稳定，还有就就是线速速度的检检测的准准确性比比较重要要。2.2.2张力力开环控控制方案案(转矩矩模式)通过控制制电机输输出转矩矩控制张张力恒定定。由设定的的张力和和卷筒的的卷径计计算出变变频器的的转矩指指令。计算方程程式如下下: f = (F*D) / (2 * I) (2-2)其中:TT变频器器输出转转矩指令令F张力设设定指令令D卷筒的的卷径I机械传传动比变频器工工作在转转矩控制制模式，可以获获得更为为稳定的的张力控控制效果果。此方方案无需需张力反反馈，但变频频器需工工作在闭

40、闭环矢量量控制方方式，必须安安装测速速编码器器。采用用转矩模模式进行行张力控控制时，必须考考虑系统统加减速速过程中中转动惯惯量的影影响，采取惯惯性补偿偿模块处处理。2.2.3张力力闭环控控制方案案2(转转矩模式式) 在开环环张力控控制方案案的基础础上增加加了张力力反馈闭闭环调节节。通过过张力检检测装置置反馈张张力信号号与张力力设定值值构成PPID闭环调调节，调整变变频器输输出转矩矩指令。这这种方案案可以保保证更高高的张力力控制精精度。2.3张张力控制制系统的的方案确确定2.3.1变频频器矢量量控制技技术的介介绍 采采用一般般的V/F控制制通用变变频器给给异步电电动机供供电时，可以实实现无级级平

41、滑调调速，起动和和停车都都很方便便。但是是，调速时时有静差差，精度不不高，调速范范围不过过1:110，而且也也不能像像直流调调速系统统那样提提供很高高的动态态性能。2.3.2变频频器矢量量控制技技术 过去的的变频调调速方案案中所采采用的VV/F等等于常数数的变频频器有如如下缺点点:1.在整整个速度度范围内内皆无法法调节转转矩，转速趋趋近O时时转矩响响应很差差2.速度度调节性性不精确确3.动态态响应不不佳4.未作作电流调调节，导致电电机于低低转速时时的低运运转效率率5.选用用变频器器时通常常要加大大一级以以产生额额定的电电机转矩矩由于技术术的发展展，现代变变频器已已广泛采采用矢量量控制技技术，矢

42、量控控制变频频器具有有如下优优点:6.能调调节电机机转矩，在整个个电机转转速范围围提供恒恒定转矩矩7.闭环环控制驱驱动系统统提供绝绝对速度度控制8.低转转速运转转时仍维维持效率率9.选用用变频器器时不必必加大一一级，即可在在低转速速时获得得额定电电机转矩矩值10.典典型功率率因数值值为0.9511.有有无电机机转速回回馈皆可可运转12.动动态响应应及效率率不低于于于直流流电机 要实现现高动态态性能，必须充充分研究究电机的的物理模模型和动动态数学学模型。现现在常用用的高性性能控制制策略有有矢量控控制和直直接转矩矩控制两两种，这里介介绍矢量量控制及及矢量控控制范畴畴中的无无速度传传感器矢矢量控制制

43、。 矢量控控制系统统采用由由转子磁磁链决定定d一轴轴方向的的d一qq同步旋旋转坐标标系，把异步步电机的的定子电电流分解解为其励励磁分量量和转矩矩分量，得到类类似于直直流电机机的转矩矩模型，再采取取措施把把非线性性系统变变换成两两个独立立的转速速和转子子磁链的的子系统统，从而模模仿直流流电机分分别用PP1调节节器进行行控制。矢矢量控制制在选用用高精度度的光电电码盘传传感器时时，其调速速范围可可达1:10000，动态性性能也很很好。但但按转子子磁链定定向会受受电机参参数变化化的影响响而失真真，从而降降低了系系统的调调速性能能，采用智智能化调调节器可可以克服服这一缺缺点，提高系系统的鲁鲁棒性5。 从

44、总体体控制结结构来看看，采用转转矩和磁磁链分别别控制，转矩控控制环(或电流流的转矩矩分量环环)都处处于转速速环的内内环，可以抑抑制磁链链变化对对转速子子系统的的影响，从而使使转速和和磁链子子系统实实现了近近似的解解祸。因因此能获获得较高高的静、动动态性能能4。2.3.2张力力控制系系统的方方案 系统中中传动部部分分为为送卷张张力卷绕绕控制和和收卷张张力卷绕绕控制。为为了减小小送卷和和收卷两两子系统统的祸合合作用，对送卷卷张力卷卷饶控制制采取张张力开环环控制方方案，对收卷卷张力卷卷饶控制制采取上上述的张张力闭环环控制方方案2;送卷张张力卷绕绕控制时时变频器器工作在在转矩控控制模式式，根据PLLC

45、内部部计算模模块稳定定工作，收卷张张力卷绕绕控制工工作在闭闭环状态态，根据张张力变化化，与张力力设定值值构成PPID闭环控控制。图2-22张力控控制系统统原理图图 第第3章 在线线测控的的悬垂控控制器设设计3.1悬悬垂度测测量的概概述 交联聚聚乙烯电电缆以其其具有优优异的电电气性能能，良好的的运行安安全性能能和热过过载机械械特性以以及安装装运行，维修简简便等优优点得到到了广泛泛的运用用。在交联聚聚乙烯绝绝缘电缆缆生产过过程中，电缆硫硫化生产产线将裸裸导线加加工成成成品电缆缆产品，其长度度可达百百米。为为保证电电缆质量量，必须对对牵引设设备的卷卷绕机转转速进行行控制，保持线线速度恒恒定的前前提下

46、控控制电缆缆张力恒恒定，以防止止电缆碰碰壁擦管管，由于交交联聚乙乙烯绝缘缘电缆生生产工艺艺特殊性性，在硫化化管中对对张力不不易直接接检测到到，电缆悬悬垂度成成为电缆缆张力的的直观反反映。 国内也也有少数数厂家研研制该检检测装置置，由于采采用的方方法均为为模拟电电路系统统，从实际际使用的的角度来来看并不不理想，主要表表现为电电缆在硫硫化管内内摆动幅幅度大，且对生生产电缆缆的规格格有一定定的要求求，具有很很大的局局限性，不太符符合实际际生产的的要求，因此研研制智能能化电缆缆悬垂度度在线测测控装置置，对提高高我国电电缆生产产质量，提高电电缆企业业的经济济效益具具有非常常重要的的意义2。3.2系系统组成成及测控控原理系统组成成及测量量框图见见图3.1。图图中发射射控制器器由稳压压电源、信信号发生生电路、前前置放大大器、幅幅值控制制电路和和功率放放大器等等组成。通通过对接接收信号号的调理理，再经PPLC采集、分分析、处处理来实实现测控控3。 图3-11