基于PLC的微結構光纖毛細管自動(dòng)剪切收集排布系統

摘要：本文使用一套基于西門(mén)子S7-200系列可編程序控制器(PLC)的系統來(lái)實(shí)現微結構光纖毛細管自動(dòng)剪切、收集和排布。系統由旋轉編碼器配合PLC高速計數器指令來(lái)測量長(cháng)度，由二氧化碳激光器進(jìn)行毛細管的橫向剪切，通過(guò)替換各種形狀光纖毛細管收集器可以收集并進(jìn)行各種形狀光纖的自動(dòng)排布，同時(shí)可以顯示、設定切割長(cháng)度和切割次數。
關(guān)鍵詞：微結構光纖；可編程序控制器；編碼器；顯示；二氧化碳激光器

0 引言
微結構光纖是一種由有序或無(wú)序的空氣孔構成的微結構包層的新穎光纖。具有許多傳統光纖難以達到的優(yōu)良特性，因此在許多領(lǐng)域，如光纖激光器和放大器、非線(xiàn)性光學(xué)、光纖通信、光纖傳感等許多方面都有著(zhù)重要的應用。人們對微結構光纖的理論研究取得了一定成就，但是其制備工藝一直是一個(gè)難點(diǎn)。最常采用的堆積法，是將毛細管截成合適長(cháng)度緊密堆積在套管中，堆積成六邊形或者其他結構，中心的毛細管被去除或者用實(shí)心棒代替以造成缺陷。迄今為止丹麥和巴斯大學(xué)采用最多的還是傳統的堆積法，其制作工藝復雜，給光纖毛細管帶來(lái)了很大的污染。微結構光纖預制棒是制備微結構光纖的第一環(huán)節，它的好壞會(huì )直接影響后面的光纖質(zhì)量，因此光纖制備工藝亟待改造。這次通過(guò)用PLC(可編程控制器)對光纖制備條件進(jìn)行改造，由自動(dòng)化設備對光纖毛細管進(jìn)行自動(dòng)測量長(cháng)度及實(shí)現剪切，設計了各種形狀自動(dòng)接收器可以自動(dòng)接收然后直接進(jìn)行預制棒的排布，實(shí)現了整個(gè)制備過(guò)程自動(dòng)化。

1 系統硬件介紹
PLC是一種基于數字計算機技術(shù)，轉為工業(yè)環(huán)境應用而設計的電子控制裝置，可以控制各種類(lèi)型的機電一體化設備和生產(chǎn)過(guò)程。它有體積小、組裝靈活、可靠性高等各種優(yōu)點(diǎn)。因此整個(gè)系統由PLC作為主控部件，型號選用西門(mén)子S7-200系列，采用PLC高速計數器指令和光電編碼
器可以實(shí)現精確的定長(cháng)測量，通過(guò)四個(gè)LED七段顯示器可以實(shí)現顯示設定長(cháng)度以及切割次數的功能?；诠饫w毛細管的材質(zhì)及其特性考慮，切割部分采用二氧化碳激光器，可以實(shí)現剪切切口平整并且沒(méi)有碎渣。
1．1 定長(cháng)測量
光纖毛細管是微結構光纖制備的重要原材料，現有的條件只能由人手工測量長(cháng)度，手工剪切，需要改進(jìn)。旋轉編碼器是一種光電式旋轉測量裝置，它將被測的角位移直接轉換成數字信號(高速脈沖信號)。因此可將旋轉編碼器的輸出脈沖信號直接輸出給PLC，利用PLC的高速計數器對此脈沖信號進(jìn)行計數，以獲得測量結果。光纖毛細管的定長(cháng)測量、定長(cháng)控制由旋轉光電編碼器配合PLC的高速計數器一起實(shí)現。
定長(cháng)控制包括測量和比較兩個(gè)部分，高速計數器有一組預置值，開(kāi)始運行時(shí)裝入第一個(gè)預置值，當前計數值等于預置值或者有外部復位信號時(shí)，產(chǎn)生中斷。發(fā)生當前計數值等于預置值的中斷時(shí)，設置下一階段的輸出，設置第一個(gè)預置值和第一個(gè)輸出狀態(tài)，循環(huán)又重新開(kāi)始。
測量物體的長(cháng)度，需要將單位長(cháng)度轉換成脈沖量，通過(guò)光電編碼器和PLC高速計數器記錄脈沖量的變化，以此達到測量長(cháng)度的目的。測量長(cháng)度傳感器采用光電編碼器，采用A相計數輸入，光電編碼器的電源由PLC自身的輸出直流電源24V提供(L+,M)。旋轉編碼器安裝示意圖見(jiàn)圖1。

用聯(lián)軸器將光電編碼器與光纖導向輪連接固定，使之能夠同步轉動(dòng)，導向輪轉動(dòng)帶動(dòng)編碼器旋轉并輸出高速脈沖信號來(lái)測量被切割物體的長(cháng)度。設導向輪直徑為D，定尺長(cháng)度為M，P為編碼器每轉輸出脈沖數，光電編碼器機械軸每轉一周位移為πD，則編碼器每發(fā)生一個(gè)脈沖對
應于被計量的光纖位移長(cháng)度一信號步長(cháng)為πD／P；所以到需要的定長(cháng)M時(shí)，所需的脈沖數為MP／πD。設定高速計數器的設定值為MP／πD，當前值等于設定值時(shí)，由PLC發(fā)出指令控制C02激光器發(fā)出切割脈沖，并復位計數器，重新讀入當前設定值。設導向輪直徑D為120mm，光電編碼器每轉脈沖數助200個(gè)／轉?？梢杂嬎愠霰磺懈钗矬w每毫米長(cháng)度的脈沖數為：每毫米脈沖數=200／120 π≈0．5348個(gè)脈沖／mm。