一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，属于仪器仪表与测量技术领域，系统包括激光发射器组、数控模拟开关阵列及MCU；激光发射器阵列发射脉冲点光源，经过光学透镜光线被调整为平行光，垂直经过氧化铝材质管路，当交联聚乙烯电缆在氧化铝材质管路中的位置发生变化时，光线会被遮挡，将线阵光电二极管所产生的信号转换为记录光电二极管开关的数字信号，利用MCU对这些信号经过一系列运算，作为下牵引转速增量传递给驱动器，将转将转速传递至下牵引，实现聚乙烯电缆在氧化铝材质管路中心前行；本发明专利技术光悬垂系统可实现电缆在氧化铝材质管路中位置的控制，系统简单易实现，抗干扰能力强，精度高，灵敏度高，可视性高，稳定性高，成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统


[0001]本专利技术属于仪器仪表与测量
，具体涉及一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统。

技术介绍

[0002]交联电缆生产线利用三层悬链法生产聚乙烯电缆，即通过三台挤出机同时挤出聚乙烯材料，并在封闭机中加热成包裹铜线的外围层，再送至加热段悬链管路，加热段对半成线的三种材料混合绝缘层进行加热，使其均匀融合。接下来由冷却段悬链管路进行冷却形成成线，为防止电缆线偏离中心，摩擦管路，导致成品出现质量问题，需要采用悬垂控制器对电缆线的位置进行控制。
[0003]普通垂悬控制器由发射控制柜，发射线圈，接收控制柜，接收线圈，连接电缆等组成。首先由发射控制器中的信号发生电路产生一定频率的高频正弦信号，经过电压放大，功率放大，接入到发射线圈中，发射线圈中产生同频交变环型磁场，硫化管中的电缆穿过发射线圈，即穿过环行磁场，电缆产生感应电势。电缆芯线与其对硫化管(地)的分布电容以及对硫化管的分布电容构成回路，缆芯上流过高频电流，产生一个高频磁场，这个磁场正好穿过安装在硫化管道内的一组接收线圈。接收线圈切割磁力线，就在接收线圈内产生一个一定频率的感应电势。当电缆位于硫化管中心位置时，上下两个接收线圈感应信号相等。反之，感应信号就不相等。靠近电缆的线圈信号大，远离电缆的线圈信号小，PLC采集这两个接收线圈的感应信号，通过一定的算法和处理，就可以分析出电缆处于硫化管道中的位置，并给出电缆位置的模拟量，通过连接电缆送给主电控柜的直流调速装置，控制下牵引转速，调节电缆线在管路中的位置。电缆位置指示表将电缆在硫化管中的相对位置反映在刻度上，如果电缆位于硫化管的底部，则表头指示在最左，如果电缆位于硫化管的中部，则表头指示在中间，如果电缆位于硫化管的顶部，则表头指示在最右。
[0004]现有的悬垂控制系统根据发射线圈与接收线圈的感应电动势的差值在经过PLC的计算来确定聚乙烯电缆线在管路中的位置，但线圈的稳定性受温度，湿度等环境因素影响较大，抗干扰能力差。以PLC作为运算单元，计算速度慢，并且精度受线圈的匝数、励磁电流以及聚乙烯电缆在磁场中的有效磁路长度所影响，精度有限。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的普通垂悬控制器的抗干扰能力差、计算速度慢、精度有限等问题，本专利技术提出了一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，激光发射器发射脉冲激光点光源，经过透镜光线被调整为平行光，垂直经过氧化铝材质管路，当交联聚乙烯电缆在管路中的位置发生变化时，光线会被遮挡，线阵光电二极管所接收的光信号将会发生变化，通过MCU控制单元及其他外围电路收集信号，并进行一系列的运算，得到控制牵引机的转速增量信号，从而实现对交联聚乙烯电缆在管路中位置的控制。该方法充分利用MCU的集成性和灵活性，光学元件的光电抗干扰性，以及简单的外围电路即可实现管路位置信号的采集
与控制信号的输出。
[0006]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0007]一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，包括激光发射器组1、光学透镜2、氧化铝材质管路3、交联聚乙烯电缆4、线阵光电二极管5、数控模拟开关阵列6、电源电压转换电路7、电压放大电路8、比较器电路9、MCU10、驱动器11及下牵引12；所述激光发射器组1发射脉冲点光源，经过光学透镜2后光线被调整为平行光，垂直经过氧化铝材质管路3，当交联聚乙烯电缆4在氧化铝材质管路3中的位置发生变化时，光线会被遮挡，线阵光电二极管5将有一部分接收不到光信号，以氧化铝材质管路3截面中轴线为边界，将线阵光电二极管5所产生的信号水平垂直方向两两分组，得到四组电流信号，水平方向为一组与二组，垂直方向记录为三组四组，这四组电流信号在MCU10的调控下依次经过数控模拟开关阵列6、电源电压转换电路7、电压放大电路8及比较器电路9，转换为记录光电二极管开关的数字信号，存入MCU10寄存器中，利用MCU10对这些信号经过计算分析得到转速增量信号，计算得到的转速增量信号作为下牵引12的转速增量通过RS
‑
232通讯协议传递给驱动器11，驱动器11再经过profibus通讯，将转速传递至下牵引12，以此实现交联聚乙烯电缆4保持在氧化铝材质管路3的中心前行。
[0008]优选地，所述激光发射器组1由四个脉冲激光发射器13组成，两两一组，分别位于水平方向及垂直方向，垂直于管壁放置，由激光发射器所发射的脉冲点光源光信号，经过光学透镜2后被调整为平行光束。发射脉冲点光源，C段频段，为安全考虑与功耗考虑选用C段波长的激光发射器，采用光电结合手段搭建的悬垂系统，有更高的抗干扰能力；
[0009]优选地，所述光学透镜2由四个透镜组成，分别放置在水平方向及垂直方向平行于氧化铝材质管路3位置，将点光源转换为平行光束。
[0010]优选地，所述线阵光电二极管5，由多个光电二极管并行等间距排列分布，光电二极管的数量决定了系统的测量精度以及灵敏度，激光接收器的数量越多，所得到的精度与灵敏度就越高。
[0011]优选地，所述氧化铝材质管路3为透明三氧化二铝材质，主晶相属于立方晶系，透光率可达95％，高温强度大，抗弯强度达280MPa。具有良好的电绝缘性能，使用温度可达到1700℃以上，满足系统耐高温条件。
[0012]优选地，所述交联聚乙烯电缆4，是一种以聚乙烯为绝缘层主要材料的立体网状结构新型高压电缆，采用三层共挤悬链法(CCV)生产方法，即使用三台挤出机同时挤出XLPE电缆的绝缘材料，经由封闭机加热包裹成线。
[0013]优选地，所述MCU10对存入MCU10寄存器中的信号进行计算分析，具体如下：将水平方向线阵光电二极管5及垂直方向线阵光电二极管5所接收到的信号以管路界面中轴线分别分成两组，依次经过电源电压转换电路、电压放大电路及比较器电路后得到四组信号，为光电二极管接收到的光信号转换成的电压信号，记为：
[0014]{V
11
、V
12
…
V
1n
},{V
21
、V
22
…
V
2n
},{V
31
、V
32
…
V
3n
},{V
41
、V
42
…
V
4n
}；
[0015]将四组信号分别求和，得到信号求和信号记为：
[0016][0017]再将得到的求和信号进行运算：
[0018][0019]在理想状态下，交联聚乙烯电缆5处于管路中心，运算得到的V1、V2为零，在交联聚乙烯电缆5在管路中的位置发生变化时，V1、V2不再为零，将两个信号取绝对值并相加，得到信号：
[0020]V
∑
＝|V1|+|V2|
[0021]再对得到的信号进行比例调节：
[0022]Signal
out
＝K*V
∑
；其中，K为比例系数，取值范围为0到10V；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，其特征在于，包括激光发射器组(1)、光学透镜(2)、氧化铝材质管路(3)、交联聚乙烯电缆(4)、线阵光电二极管(5)、数控模拟开关阵列(6)、电源电压转换电路(7)、电压放大电路(8)、比较器电路(9)、MCU(10)、驱动器(11)及下牵引(12)；所述激光发射器组(1)发射脉冲点光源，经过光学透镜(2)后光线被调整为平行光，垂直经过氧化铝材质管路(3)，当交联聚乙烯电缆(4)在氧化铝材质管路(3)中的位置发生变化时，光线会被遮挡，线阵光电二极管(5)将有一部分接收不到光信号，以氧化铝材质管路(3)截面中轴线为边界，将线阵光电二极管(5)所产生的信号水平垂直方向两两分组，得到四组电流信号，水平方向为一组与二组，垂直方向记录为三组四组，这四组电流信号在MCU(10)的调控下依次经过数控模拟开关阵列(6)、电源电压转换电路(7)、电压放大电路(8)及比较器电路(9)，转换为记录光电二极管开关的数字信号，存入MCU(10)寄存器中，利用MCU(10)对这些信号经过计算分析得到转速增量信号，计算得到的转速增量信号作为下牵引(12)的转速增量通过RS
‑
232通讯协议传递给驱动器(11)，驱动器(11)再经过profibus通讯，将转速传递至下牵引(12)，以此实现交联聚乙烯电缆(4)保持在氧化铝材质管路(3)的中心前行。2.如权利要求1所述的一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，其特征在于，所述激光发射器组(1)由四个脉冲激光发射器(13)组成，两两一组，分别位于水平方向及垂直方向，垂直于管壁放置，由激光发射器所发射的脉冲点光源光信号，经过光学透镜(2)后被调整为平行光束。3.如权利要求1所述的一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，其特征在于，所述光学透镜(2)由四个透镜组成，分别放置在水平方向及垂直方向平行于氧化铝材质管路(3)位置，将点光源转换为平行光束。4.如权利要求1所述的一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，其特征在于，所述线阵光电二极管(5)，由多个光电二极管并行等间距排列分布。5.如权利要求1所述的一种用于交联电缆生产线的光电悬垂系统，其特征在于，所述氧化铝材质管路(3)为透明三氧化二铝材质，主晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜峰利，刘浩，宿刚，乔君丰，齐文斌，徐信，
申请(专利权)人：白城福佳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：