一种辐照线缆表面品质保护装置

摘 要：在电线电缆辐照加工中经常会出现断线、跳辊、刮线、磨线等损伤线缆的辐照质量事故，造成极大的经济损失。文章论述采用一种保护装置，一旦发生断线电路立即报警停机，防止事故扩大，避免造成较大的损失。

关键词：接近开关；窗口比较器；线速度；频率基准

1 设计思想

辐照线缆中发生的质量事故，大多由于过线轮，边轮不转动造成。如果各个导轮转动灵活，在正常辐照时，导轮将与线缆同步运行。一旦导轮停止转动，不外乎线缆跳轮和导轮卡死两个原因。鉴于此，我们如果能够将导轮转动信号取出处理，就能够有效地解决部分品质事故。

1.1 图1说明

图1主要由编码器检测作主速度信号，各过轮接近开关检测信号做比较。线缆进辐照厅经过线轮缠绕在束下滚筒上，再经过线轮出辐照厅。辐照时线缆带动过线轮一起转动。

1.2 电路元器件选型与参数

过线轮：直径250mm、材质：SUS304

接近开关：LJ电感式接近开关。由于辐照厅内部环境恶劣，所以选择屏蔽式接近开关，设定距离0～8mm

编码器：推挽型编码器，带负载能力较强

供电电源：DC24V

1.3 信号处理

从接近开关输出的方波信号引出辐照厅后接入控制器进行处理，包括：脉冲输入、转换、比较、输出、报警等单元电路。

1.4 图2说明

（1）脉冲输入电路：因为辐照厅环境恶劣，电机、束流等产生干扰，接近开关发出的方波信号严重失真，将使得后续计数产生误差，误报警，为此需要将输入的脉冲方波整形。（2）转换电路：使用转换器的目的是将方波数字量转换为模拟量与给定的模拟量比较，以便确定报警电路是否报警。（3）比较电路：我们不但需要将过线轮不转动的静止信号作为故障信号，而且还要将断线瞬间过线轮超速转动的信号作为故障信号，这样比较电路就是一个窗口比较器。（4）驱动报警：声光报警电路需要一个大功率信号，为此需要一个功率放大电路，功率4W左右。（5）显示输出：用编码器检测到表示主速度，用接近开关检测到的信号表示各过轮线速度。给操作人员一个直观的提示。

2 安装与调试

除了检测的接近开关、光电开关在辐照厅内，其他全部电路均在辐照厅外，可以避免辐照厅内臭氧、潮湿、射线等的影响。信号处理电路可以使用分离电路实现，也可以使用单片机实现，我们使用的是单片机。安装前须调试电路，具体步骤如下：

2.1 主要调试仪器

（1）24V直流电源一台，为硬件电路供电。（2）方波发生器一台，模拟输入信号。输出电压0～24V可调，信号频率0～100Hz可调。（3）示波器一台，观察各点信号波形。（4）直流可调电源，电源输出0～24V，作为模拟量输入信号源。（5）数字万用表一台。

2.2 调试过程

2.2.1 首先分级调试

（1）单片机经按钮开关接入24V电源。（2）由于过线轮直径250mm，最大线速度400m/min，所以方波频率约8.5Hz。将方波发生器频率调整到8.5Hz，发生器输出端接入单片机输入。（3）脉冲输入：用示波器测量电路输入/输出两端信号，观察方波波形是否失真，频率是否漂移，方波前后沿上升、下降时间是否正确。通过调节可调电容，电位器校正失真。由于信号频率很低，通常不会产生高频自激振荡。如果有自激振荡的现象，通常是电源滤波不良造成，可在电源端并联一个几十Pf的小瓷片电容消除自激。（4）转换电路：电路输出电压的大小与方波频率成正比，频率越高，模拟量的输出值越大。我们通过调节电位器，校正方波频率与模拟量输出值之间的对应数量关系。首先设定基准值，方波频率8.5Hz时，调节电位器使得模拟量输出等于10V，方波频率下降到基准值的70%时，模拟量输出为7V。如果方波频率大于8.5Hz，模拟量输出值应该超过10V。（5）比较电路：比较电路是一个由运算放大器构成的窗口比较器。我们创建了一个电平窗口，窗口范围7～10V，对应方波频率6.0～8.5Hz。对应线速度282～400m/min。

之所以窗口这样设定，原因是如果线在运行时跳槽，过线轮也会转动，但是会逐渐慢下来。为了及早发现跳槽，我们认为过线轮转速降低到正常速度的70%时线已跳槽。当比较器两端的输入电压误差超过设定值时，触发报警输出。

2.2.2 联调

分级调试完成后，可以在现场进行联调。安装接近开关，将电源，各输入、输出联线分别联接正确通电。启动加速器束下，牵引线开始运行，人为使得线缆掉轮、断线，观察电路工作状况。主要是观察电路反应速度，是否能够及时反应故障状况，关键是窗口选择的是否合适，根据实际情况修改窗口电压，使之适合现场工作要求。

3 现场运行

目前我们仅在一台设备上进行了运行试验，在实际使用中一但发生掉线、掉棍等现象，该保护装置能立即提示具体方位且发出声光报警信号，通知加速器立刻停机进入检查。因此该装置具有保护全面、报警灵敏、误动作率低、使用可靠等优点。现场运行结果也比较满意。

4 后续技术创新

在经过一段时间运行后，我们发现由于线缆运行速度与线缆大小有非常直接的关系，大小线缆使用的过线轮也不一样。这样针对不同的线缆就需要不同的电路参数，对于不同设备的使用需要匹配不同的设置参数。由于参数设定比较繁琐，我们将不断地继续技术改良与创新，增加存储、通讯等功能。

作者简介：许森飞（1981-），男，江苏南通，学历：大专，专业：机电一体化。