阻燃耐火聚氯乙烯电缆智能制造关键技术研发

张雅堃 曹凯

摘要：本文研究提出阻燃耐火聚氯乙烯电缆智能制造关键技术，实现了制造数据的结构化统一表达，并提出一种基于物联网的实时制造执行系统，实现精确的生产计划和调度等。该项目生产过程关键技术采用智能改造设备和控制系统使生产效率提高35%，产品电缆可经受环境温度下工频电压试验3kV，5min不击穿，产品燃烧时释放气体试验满足测试要求。本文研究内容研制的阻燃耐火聚氯乙烯电缆智能制造关键技术在可以大幅提高生产效率，实现自动化生产，解决本行业当前面临的人工成本高、招工难的迫切问题;同时有效提高产品的加工质量，将极大促进本行业的技术升级和提质增效，有助于提高企业的市场竞争力。

关键词：阻燃耐火;低烟低卤;实时采集

引言

长期以来我国电缆行业的装备自动化、数控化、智能化方面的资金投入不足，使得我国电缆产品生产自动化、智能化的总体水平不高，全凭工人的工作经验，产品质量很难得到保障，同时由于智能化水平较低，生产线需要多个工人进行操作，效率不高同时造成人力资源浪费。

随着电缆材料阻燃技术的发展，新型的阻燃电缆也不断产生，从原来普通的阻燃电缆发展到低烟低卤阻燃电缆和阻燃耐火聚氯乙烯电缆。这说明近年对阻燃电缆的要求越来越高[1]。在欧美日等国，环保型电线电缆已成为所有电缆品种的主流产品，政府严禁使用或进口非环保型电缆。普通的阻燃材料中含有大量的卤，在燃烧的时候会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，所以阻燃耐火电缆将是以后发展的主要趋势。同时改进生产工艺，提高生产设备智能化也是电缆行业发展的必然趋势[2]。

综上所述，针对阻燃耐火聚氯乙烯电缆智能制造关键技术的研发将实现对生产状态信息的采集，可有效提高产品质量及生产效率，使生产效率提高35%以上。

1导体的绞制技术改进

为了提高电线电缆的柔软度以便于敷设安装导电线芯采取多根单丝绞合而成，从导电线芯的绞合形式上可分为规则绞合和非规则绞合，非规则绞合又分为束绞、同心复绞、特殊绞合等[3]。该项目中放线和绞合通过在放线盘和过线器同步进行，有效提高了生产效率，同时放线装置和绞线装置设置传感器，将制造过程环境数据实时采集上传。

2绝缘挤出技术改进

电缆绝缘根据阻燃等级的不同允许选用交联聚乙烯或无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘材料，由于导体外重叠绕包两层或多层耐火云母带，对于导体截面25mm²及以上的电缆其绝缘层厚度允许减薄 20%，该项目使用的挤出机通过将机架、挤压仓、进料斗、喂料电机、挤压螺杆、温度监控器、加热环、温控中枢、出料槽结合在一起，经过试验优化，能够使挤出机在工作过程中对运行状态和挤出物质状态信息进行实时监控采集，并对采集到的信息进行分析，从而根据分析的结果自动调节挤出机的工作模式，改变进料斗的进料量、喂料电机的转速以及加热环的启动数量和加热温度，使挤出机能够持久正常运行，稳定电缆绝缘挤出的品质，提升生产效率[4]。

3自动冷却技术

由于低烟无卤材料的特殊性，在挤出过程中，因磨擦而产生大的热量，要求挤出设备有良好的冷却装置，才能控制工艺温度。该智能冷却系统采用移动恒温水槽和自动降温冷却水槽结合，采用内循环保证温度均匀恒定，有效保证了产品的质量。

4自动上下盘系统

利用PLC控制器用于控制桁架机械手从线盘缓存架或成缆机上抓取线盘，或控制桁架机械手将线盘放置在线盘缓存架或成缆机上，以及控制移动桁架移动至线盘缓存架或成缆机处。通过PLC控制器对移动桁架和桁架机械手的定位控制实现线盘缓存架和成缆机之间的全自动送盘、上盘和下盘动作，全程无需人工参与，极大地降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

5数据采集技术

加工过程全程原材料及成品使用自动称重、射频技术和可移动蓝牙扫描技术自动采集加料和产出数据，保证了基础数据的准确性、及时性和完整性，又解决了人工称重、人工输入数据效率低下及人为错误的问题。使用计米器配合数据分析，采集长度数据，重现生产过程，快速计算设备产能。

6张力控制

导体束绞时，必须给单丝和芯线施加张力，且每根施加张力要均匀，张力过大容易出现单丝拉细、拉断;张力过小，单丝容易跳丝，节距不均匀，结构不紧凑。张力不均匀会导致束绞导体上单丝呈蛇形[5]。张力的调节，需要根据绞线设备及放线架的情况现场而定。张力同心控制装置可自动跟踪检测调节张力，保持与牵引同步运行，同心度可达到95%。

7生产过程控制系统

为解决低烟无卤阻燃电缆智能制造关键技术，分别采用自动识别技术、传感器技术、加工设备联网技术等采集方式对产品制造过程数据进行采集，并通过工业以太网将采集到的数据实时上传至数据库。自动识别技术包括 RFID 技术、 条形码技术等， RFID 和条形码技术两者相结合将生产计划所涉及到的信息进行标识，主要采集物料及物料状态信息、人员信息、设备信息、零件加工信息、质量信息等以实现生产过程可视化。

8结论

通过对产品的关键制造技术进行了设计改进使生产出来的产品可经受环境温度下工频电压试验5kV，5min不击穿，在明火燃烧的情况下，移走火源，≤12s 自动熄灭，产品通过铠装或铜带屏蔽电缆，允许弯曲半径不低于电缆外径的12倍;拉伸强度≥34～49MPa ;Izod冲击强度≥186～330J/m，有效提高产品质量，使该产品可敷设在室内、隧道内及管道中，广泛应用于各类人员密集活动场所。对电缆设备进行智能化改造，采用智能改造设备和控制系统，实现对生产状态信息的采集，可有效提高产品的质量及生产效率，使生产效率提高35%以上。该项目智能化生产技术在整个行业领域都处于先进水平。

综上，本文研究内容的实施实现对生产状态信息的采集，可有效提高产品的质量及生产效率。符合节能、环保、节约资源和可持续发展要求，有着得天独厚的竞争优势，有着较好的市场前景。

参考文献：

[1]張飞.无卤阻燃电缆吸水性能测试方法探讨[J].通信电源技术，2019，36（04）：266-267.DOI：10.19399/j.cnki.tpt.2019.04.121.

[2]张定根，刘干伟，邬浩奇.浅谈无卤低烟阻燃电缆的工艺结构与阻燃性能[J].中国安全防范认证，2017（05）：14-17.

[3]李磊.大截面高压电缆导体结构设计选型[J].电线电缆，2021（04）：41-43+46.DOI：10.16105/j.cnki.dxdl.2021.04.012.

[4]张灵军，杨红军.FEP绝缘特种电缆挤出工艺之探索[J].世界有色金属，2021（02）：136-138. [5]张保家，杨涛，张有信，王凌鹏.基于模糊PID的微细金属丝拉拔张力控制研究[J].现代制造工程，2021（10）：107-113.DOI：10.16731/j.cnki.1671-3133.2021.10.016.

作者简介：张雅堃，女、汉族、安徽省霍山县，出生于1989年3月，工程师，硕士研究生，常州先进制造技术研究所。