基于PLC的光缆弯—扭试验机的设计

邹楠

摘 要：为模拟光缆受弯曲和扭转外力作用的试验环境，本文使用西门子200PLC为控制核心，辅以接近开关、变频器、触摸屏设计了光缆弯-扭试验机的控制系统。本文设计的控制系统简单可靠，成本低廉，人机界面亲和，操作方便。

关键词：弯曲；扭转；控制系统；触摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.014

0 引言

随着我国通信技术的发展，通过光纤实现电力调度、自动化、计算机联网等的需求不断增长，光纤电缆在现代通信网络建设中占据主要地位。目前光纤生产中检验产品质量的一个重要的技术指标是光纤的机械性能。因此光缆厂家需要定期对本厂所生产的各种型号的光缆做这种常规试验，以便及时判断光缆车间所生产的光缆产品的质量是否存在问题。光缆弯-扭试验机可以提供扭转力和反复弯曲力，成为检验光缆产品在这两种不同的机械外力作用下是否能达到标准的专用试验设备。所以设计一套结构简单、运行可靠、成本低廉、易于操作的光缆扭-弯试验机有着广阔的市场前景。

1 弯-扭试验机硬件控制系统设计

1.1 弯-扭试验机运行过程

弯-扭试验机模拟了反复弯曲和扭转两种光缆受力情况。弯-扭试验机运行过程如图1示意。反复弯曲试验运行角度为90°，有30次每分钟和10次每分钟两种；扭转试验有180°、360°两种，其中180°要求每分钟运行5次，360°要求每分钟运行2次。做反复弯曲试验时，需先将摆臂通过螺丝固定，使摆臂可与转轴联动，然后把光缆一端由A向B固定在摆臂上，摆臂可以在正负90度之间摆动。做扭转试验时，将摆臂与转轴脱离，光缆一端通过扭转夹头固定，水平放置在C、D处。光缆可在转轴的带动下在正负180°、正负360°之间来回扭转。转轴上固定一个有12个槽的码盘，码盘随转轴转动，接近开关便可以测得脉冲信号，一个脉冲信号对应转轴旋转30°。

1.2 弯-扭试验机硬件系统

早期的设备大多采用单片机为控制核心，再加上变频器为驱动设备，组成整个硬件系统。系统设计比较复杂，操作时设定参数非常不方便，没有经过培训基本不能使用。本方案硬件系统是由西门子的200PLC（有高速计数器）、smart700IE触摸屏，ACS355变频器等电气部件来组成整个系统的电气部分。由此组成的系统故障率低、调试安装方便、人机界面清晰易懂方便操作，整个系统采用模块化部件组成，方便后期维护。

PLC的模拟量输出模块的V端子与变频器的模拟量输入模块的AI1端子相连，PLC模拟量模块能够输出0到10伏电压，控制电机以不同的转速旋转；由于设备高速运转时，接近开关的输出点必须接在有高速计数功能的PLC输入端。

2 弯-扭试验机软件设计

根据电气图纸和弯-扭试验机的工作状态设计PLC的程序，程序的流程如图2所示。在首次通电时对PLC的各个控制和状态寄存器初始化（把各寄存器进行清零），然后检测动力电源开关是否按下，按钮按下后变频器指示灯亮起，并且可以点动控制设备；若按钮没有按下则保持待机。然后需要设置要实验的次数和运行的角度，当输入的角度为90°时摆臂必须需处于垂直位置，然后才可以按下启动按钮。每运行一个反复或者扭转周期运行次数减一，直到运行次数为0程序结束，设备停止。

3 弯-扭试验机变频器参数

变频器用于控制标准感应电机的速度和转矩，ABB标准变频器的安装、设置使用都很简单。ABB变频器为方便用户的不同需求設计了不同的应用宏。本文需要用变频器自带的控制盘设置变频器的一些参数，首先把参数9902设置为3（即把应用宏设置为交变宏），再把电机铭牌上的参数依次设定在电机的额定电压UN、额定电流IN、额定功率PN参数下。其余参数在无其他特殊要求的情况下选择默认即可。

4 结束语

本文针对光缆弯-扭机械性能的检测要求，设计了光缆弯-扭试验机的电气控制系统。在查阅各个组成部件的典型接线图和使用手册之后，设计了系统接线图；按照设备的使用要求设计PLC程序。系统采用模块化成熟的电气产品，系统稳定性好，而且后期的维护简单方便，属于典型PLC应用系统。