基于现场总线的电线生产线网络控制系统-研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文第一章绪论1.1论文的研究背景及意义电线电缆是国家经济建设中的一项重要产业。电线电缆专用设备制造业作为电线电缆生产提供工艺装备的产业，是电线电缆产品品种发展、产品质量提高、生产能力增强及生产技术改进不可缺少的物质基础。改革开放二十余年来，中国经济持续稳定的发展给中国电缆工业带来了蓬勃发展的机遇。20世纪90年代以来，中国电线电缆制造业飞速发展，目前年用铜量达240万吨，已跃居世界第一。业内估计，2005年中国电线电缆工业总产值将超过1600亿元人民币[1]。目前，我国经济仍然保持强劲的增长势头，在宏观经济持续

2、向好的形势下，电线电缆行业的大部分生产和销售指标仍保持了较快的增长，作为中国经济建设重要的配套产业之一的线缆行业已占据了中国电工行业四分之一的产值。世界经济的快速发展在给我国电线电缆专业设备制造行业带来发展机遇的同时，也对该行业提出了更高的要求。目前中国仅有30%的线缆品种达到国际市场能接受和可参与竞争的水平，仍有70%的线缆品种急需提高产品的水平和档次，“没有世界级品牌”已经成为整个行业的遗憾，在高端技术上与国际水平之间存在的较大差距，将成为制约我国电线电缆产品发展的一个瓶颈[2]。因此，只有在技术上不断创新，才能在未来全球性的激烈

3、竞争中占有一席之地。目前，国产电线电缆生产设备（包括轧铜、轧铝及绞线、拉丝、成缆、挤塑等生产线）均采用机械式继电器控制，其操作按钮繁多，线路繁复，可靠性差，且自动化程度低。在步入21世纪的未来发展中，控制技术的广泛应用将越来越多地依靠网络发展上的新突破，控制理论上的全面升级也将成为网络控制的强大理论支撑。随着计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感器技术的发展，在工业控制领域出现了一种新兴的控制技术，即现场总线。它是上述几种技术的结合，是当今自动控制技术发展的热点，代表了工业控制领域今后的一种发展方向。因此，研究如何应用现场总线技

4、术实现对电线电缆生产线的网络通信与控制，如何实现生产线中某些关键物理量的先进控制算法，以及如何实现先进控制算法对具体对象的实际控制，将是未来电线电缆生产线发展的趋势，在颠覆电线电缆的传统生产模式的同时，迎来的必将是中 国电缆工业的快速腾飞。1.2电线生产线工艺流程简介[3]绝缘挤出生产线用于电线、电缆的绝缘或护套挤出，是线缆行业中量大面广、变10内蒙古科技大学硕士学位论文化多端的工序，也是线缆生产线工艺流程中最重要的一道工序。对于不同种类的线缆产品，因为其性能要求不同，使得其相应的生产工艺和设备也会有所区别。绝缘挤出生产线总体结构图如

5、图1.1，包括放线机构、挤出机组、冷却机构、检测设备、牵引装置以及收线系统。对于具体的生产线由于其要求及生产工艺不同，具体结构会有所区别。图1.1绝缘挤出生产线总体结构图1）放线机构放线机构用于芯线放出，通过其控制放线张力，使芯线通过挤出机组时因保持一定的张力而处于拉直状态。放线设备有多种形式可供选择，如被动放线架、主动放线架、甩桶放线、大轴放线等，各有自己的特点和适用场合。如被动放线架结构简单，设备价格相对其它放线形式来说较低，但其放线速度及生产效率比较低；主动放线架放线张力稳定且张力维持精度高，适用于较小线芯生产；甩桶放线具有双桶

6、互换的特点，可持续生产，因此生产效率较高；而大轴放线一般用于电缆护套生产，其放线力矩大，承重能力较强。本系统采用的是被动放线机构。2）挤出机组挤出机组包括螺杆、机筒、料斗、机头和模具。装入料斗的塑料颗粒借助重力作用进入机筒，在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进。料粒受到螺杆的搅拌和挤压作用，且在机筒外热及塑料与设备间剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，形成均匀连续的料流。到达机头的料流，经模芯与护套之间的环流间隙，挤包于线芯周围，形成连续密实的绝缘或护套层。3）冷却机构冷却设备包括水冷和风冷两种装置，用于绝缘层塑料冷却及线缆外表水分干燥。可

7、防止绝缘层在高温情况下因重力作用发生形变而影响电线的外观和质量。对于聚乙烯等结晶材料需要采用逐级冷却的方式降温，因为其冷却过程会形成晶体，过急的降温会使得产生的晶体不均匀，以及因内部应力而出现形变；而对于聚氯乙烯等非结晶材料则不存在这类问题，可使用快速冷却的方式降温。本系统中的粒料材料为聚氯乙11内蒙古科技大学硕士学位论文烯，采用快速冷却的方式进行降温。4）牵引装置牵引装置用于拉动线芯通过挤出机组，其速度即是生产速度，通过牵引速度的微调可以控制电线绝缘层外径。牵引装置一般有轮式牵引和履带式牵引两种，分别使用于不同线径级别的电线电缆生产

8、，履带式牵引可提供较大的牵引力，因此一般用于大线径电线电缆的生产，生产速度比较慢。本系统采用的是轮式牵引装置。5）收线系统收线系统一般依据产品包装要求来确定，如需要成卷包装则可以采用摇盘收线系统，需要成桶包装则可以采用落