欧勒线径测控仪DDM-3020说明书4.2版

DDMDDM- -30203020 外径测控仪外径测控仪 使用说明书使用说明书 版本号：版本号：V1.0V1.06 6 上海欧勒测控仪器上海欧勒测控仪器有限公司有限公司 目目 录录 1 概述概述 1 1.1 使用条件及包装尺寸 1 1.2 主要技术参数 1 1.3 仪器成套性 1 2 安装安装 3 2.1 安装位置 3 2.2 安装方法 3 3 面板显示和操作面板显示和操作 4 3.1 面板的组成部分 4 3.2 仪器工作状态 4 3.3 状态指示灯 4 3.4 按键功能 5 3.5 正常测量状态 6 3.6 异常报警状态 7 4 参数显示和设定参数显示和设定 9 4.1 工作参数 9 4.2 反馈控制参数 16 4.3 系统参数 21 5 外径超差报警和凹凸检测外径超差报警和凹凸检测 27 5.1 外径超差报警 27 5.2 凹凸检测 27 5.3 报警信号输出 29 6 外径显示控制器外径显示控制器 DSP-3A 31 6.1 用途 31 6.2 主要技术参数 31 6.3 安装与接线 31 6.4 面板及显示 35 7 外径反馈控制外径反馈控制 36 7.1 外径反馈控制的概念 36 7.2 反馈控制的工作状态 37 7.3 基本模式外径反馈控制 38 7.4 先进模式外径反馈控制 41 7.5 利用 RS-485 通信实现外径反馈控制 47 8 通信接口通信接口 49 8.1 通信接口简介 49 3 8.2 通信参数设置 50 8.3 外围设备接口方式 53 8.4 Modbus RTU 方式 54 8.5 Modbus ASCII 方式 71 8.6 BTA 通信方式 74 8.7 DN2 通信方式 77 9 常用外围设备常用外围设备 79 9.1 DSP-3S/DSP-3D 大型远距离显示器 79 9.2 ALM-3M 报警信号输出模块 82 9.3 AOM-3V 模拟量输出模块 85 9.4 COM-3S 串行通信适配器 89 1 1 概述概述 DDM-3020 是我公司研发的第三代动态外径测控仪，它采用高速脉冲红外光与高精度 CCD 传感器相结合的测量原理，配合高速数字化处理技术，具有测量精度高、稳定性好、 使用维护简单、寿命超长等特点。整套仪器包括 DDM-3020 外径测量头、测量头支架和 DSP-3A 外接显示器三个部分。 DDM-3020 动态外径测控仪主要用于对各种电线电缆、光缆、各类管材和线材的外径 进行在线测量和控制。与前两代外径测控仪相比，它具有以下特点： 采用全数字处理技术和专用超大规模集成电路，可靠性高，外形小巧，功耗低。 应用硬件加速技术，测量速度高达 1800 次/秒，可替代凹凸检测仪。 具有 RS-485 通信接口，可方便地与工控计算机、PLC、触摸屏等连接。 先进的反馈控制系统，控制效果更好。 1.1 使用条件使用条件及包装尺寸及包装尺寸 电 源 AC 100240V 5060Hz 工作温度 045 空气湿度 90%（无冷凝水） 环境要求 空气中不含腐蚀性气体,油,蒸汽及严重尘埃 包装尺寸 615 mm330 mm280 mm（长宽高） 整机重量 11 kg 1.2 主要技术参数主要技术参数 标称测量范围 20 mm 推荐测量范围 0.216 mm 测量精度 （0.002 mm + 0.02% 测径仪读数值） 测量速度 1800 次/秒 功 耗 标称值+公差）时给出“超正公差报警” 信号，当（实测外径标称值+正公差）时给出“超正公差报 13 警”信号。如果正公差=0，那么不再进行外径超正公差的检测和报警。 出现条件：出现条件：公差设定方式=2。 取值范围：取值范围：0.000 9.999 mm。 设定方法：设定方法：假设原来的正公差为 0.015 mm，要改为 0.010 mm，操作方法如下。 （1）在“正常测量状态”下，按【参数键】进入“标称值显示状态” （见 4.1.1 节） 。 （2）用【递增键】或【递减键】找到“正公差显示状态” ： 指 示 灯亮 其中第 1 位的“”是“正公差”的符号。 （3）按【移位键】进入“正公差设定状态” ，显示器第 2 位的“0”闪烁。 （4）按【移位键】 ，第 3 位的“0”闪烁。 （5）按【移位键】 ，第 4 位的“1”闪烁。 （6）按【移位键】 ，第 5 位的“5”闪烁，按 5 次【递减键】 ，将它改为 0。 （7）按【参数键】保存修改并返回“正公差显示状态” 。 （8）如果还要设定其它参数，可用【递增键】或【递减键】找到该参数查看和修改，否 则直接按【参数键】返回“正常测量状态” 。 4.1.4 外径负公差外径负公差 用途：用途：负公差用于外径超差报警。当（实测外径标称值+凹凸检测极限） 或（实测外径标称值+凹凸正极限）时 给出“凹凸缺陷报警”信号。如果凹凸正极限=0，那么不再进行凸瘤缺陷的检测和报警。 出现条件：出现条件：凹凸极限设定方式=2。 取值范围：取值范围：0.00 9.99 mm。 设定方法：设定方法：假设原来的凹凸正极限为 0.25 mm，要改为 0.00 mm，操作方法如下。 （1）在“正常测量状态”下，按【参数键】进入“标称值显示状态” （见 4.1.1 节） 。 （2）用【递增键】或【递减键】找到“凹凸正极限显示状态” ： 指 示 灯亮 其中前 2 位的“d” 是“凹凸正极限”的符号。 （3）按【移位键】进入“凹凸正极限设定状态” ，显示器第 3 位的“0”闪烁。 （4）按【移位键】 ，第 4 位的“2”闪烁，按 2 次【递减键】 ，将它改为 0。 （5）按【移位键】 ，第 5 位的“5”闪烁，按 5 次【递减键】 ，将它改为 0。 （6）按【参数键】保存修改并返回“凹凸正极限显示状态” 。 （7）如果还要设定其它参数，可用【递增键】或【递减键】找到该参数查看和修改，否 则直接按【参数键】返回“正常测量状态” 。 4.1.7 凹凸负极限凹凸负极限 用途：用途：凹凸负极限用于颈缩缺陷的检测和报警。当（实测外径标称值+凹凸正极限） 或（实测外径 标称值正公差： 发出“超正公差报警”信号 实测外径 标称值负公差： 发出“超负公差报警”信号 而持续时间不足 0.1 秒的外径超差将被忽略，即超差报警的响应时间是 0.1 秒。如果需要 更快的检测速度，请使用“凹凸检测”功能（需选用带凹凸检测功能的测径仪） 。 如果“外径标称值”=0 或“公差”=0，则不再进行外径超差的检测和报警。如果“正 公差”=0，则不进行外径超正公差（太粗）报警。如果“负公差”=0，则不进行外径超 负公差（太细）报警。 只要设置好外径标称值和公差，即可实现超差报警功能。报警状态由测径仪面板上 的 2 个指示灯显示： 闪烁：闪烁：表示实测外径与标称值之间的误差超过负公差（即线太细） 。 闪烁：闪烁：表示实测外径与标称值之间的误差超过正公差（即线太粗） 。 同时通过外接的 DSP-3A 外径显示控制器输出一个超差报警信号（需要设置好系统参数 中的“报警输出配置” ，详见 5.3 节） 。 5.2 凹凸检测凹凸检测 凹凸检测是一种快速的缺陷监测功能，可以检测出线缆表面很短的突起（称为凸瘤） 和凹陷（称为颈缩） 。要使用凹凸检测功能，请选择带有这一功能的测径仪，并将系统参 数“凹凸检测极限设定方式”设置为 1 或 2（见 4.3.6 节） 。 在使用凹凸检测功能前，先要设置好相关的参数： （1）凹凸检测极限设定方式：位于系统参数菜单，其设定方法见 4.3.6 节。如果仪器无 凹凸检测功能，该参数固定为 0。如果仪器具有凹凸检测功能，该参数可设置为 0、1、2。 设定为 0 时，禁止凹凸检测功能。设定为 1 时，允许凹凸检测，并且凹凸检测的正负极 限相等，合并为一个参数“凹凸检测极限” 。设定为 2 时，允许凹凸检测，并且需要分别 设置凹凸检测的正极限和负极限。 （2）外径标称值：作为凹凸缺陷检测的基准。设定方法见 4.1.1 节。 （3）凹凸检测极限：一旦实测外径与标称值之间的误差超过极限值，就认为检测到凹凸 缺陷。根据系统参数“凹凸检测极限设定方式”取值的不同，其设定方法见 4.1.5 节（正 28 负极限相等的单一极限设定方式）或 4.1.64.1.7 节（正负极限分别设定） 。 （4）凹凸检测时间：确定凹凸检测的响应速度，取值范围 19 毫秒（1 毫秒=0.001 秒） 。 凹凸检测时间越小，响应速度越快，能检测到更短的凹凸缺陷。但凹凸检测时间设置得 过小，容易产生误报警。因此需要根据实际要求确定恰当的设定值。例如：线速度为 300 米/分钟，设置凹凸检测时间=1 毫秒，可以检测到的最短的凹凸缺陷长度为 5mm。同时， 相邻两个缺陷之间的最小间隔距离也是 5mm，也就是说，如果两个凹凸缺陷之间的间隔 小于 5mm 时，测径仪将认为是同一个连续的缺陷。不同线速度时，可检测的最短的凹凸 缺陷长度见下表（单位：mm） 。 线速度 检测时间 100 (m/min) 200 (m/min) 300 (m/min) 400 (m/min) 500 (m/min) 600 (m/min) 800 (m/min) 1 (ms) 1.7 3.3 5.0 6.7 8.3 10.0 13.3 2 (ms) 3.3 6.7 10.0 13.3 16.7 20.0 26.7 3 (ms) 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 40.0 4 (ms) 6.7 13.3 20.0 26.7 33.3 40.0 53.3 5 (ms) 8.3 16.7 25.0 33.3 41.7 50.0 66.7 6 (ms) 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 80.0 7 (ms) 11.7 23.3 35.0 46.7 58.3 70.0 93.3 8 (ms) 13.3 26.7 40.0 53.3 66.7 80.0 106.7 9 (ms) 15.0 30.0 45.0 60.0 75.0 90.0 120.0 凹凸检测的工作过程为：外径仪以每秒 1800 次的速率对被测物进行高速测量，并且 在每一次测量中，都进行比较和判断，如果： “实测外径外径标称值+凹凸检测正极限” 或者“实测外径外径标称值凹凸检测负极限” ，并且“持续时间凹凸检测时间” ， 即确认检测到一个凹凸缺陷。这时，凹凸报警指示灯 闪烁，同时凹凸缺陷次数 1。直到“外径标称值凹凸检测负极限实测外径外径标称值+凹凸检测正极限” ， 并且“持续时间凹凸检测时间” ，凹凸检测系统复位，准备检测下一个凹凸缺陷。 （附图 5-1）凹凸检测过程示意图 注意：凹凸缺陷报警信号是“保持的” ，也就是说，一旦检测到凹凸缺陷后，凹凸报 警指示灯 将一直闪烁，直到按下【凹凸键】 为止。 实测外径 时间 外径标称值 标称值负极限 标称值正极限 021 超过凹凸检测时间，确认 超过凹凸检测时间，确认 不到凹凸检测时间，忽略 不到凹凸检测时间，认为是同一个缺陷 凹凸缺陷计数 29 凹凸缺陷报警信号也可以通过 DSP-3A 外径显示控制器的报警触点输出，并且利用 系统参数“报警输出配置” ，可以将它配置成“瞬态的” （每次检测到凹凸缺陷时，输出 触点闭合 0.1 秒）或者“保持的” （一旦检测到凹凸缺陷，报警输出触点闭合，直到按下 【凹凸键】 为止） ，详见 5.3 节。 仪器每检测到一次凹凸缺陷，就将凹凸缺陷次数计数器+1。要查看凹凸缺陷的次数， 可在正常测量状态下，按【凹凸键】 ，数字显示器显示凹凸缺陷次数 20 秒，同时清 除本次凹凸报警，这时按【递减键】可清 0 凹凸缺陷次数计数器并返回正常测量状态， 也可以按【凹凸键】返回正常测量状态但不清 0 计数器。如果不按任何键，20 秒后仪器 自动返回正常测量状态。 5.3 报警信号输出报警信号输出 利用 DSP-3A 外径显示控制器的报警输出（第 3、4 号端子） ，可以实现综合报警信 号的输出。与该输出端口相关联的报警信号有： 对应的报警输出 报警输出配置位 AL 计算值 外径超正公差报警（太粗） bit0=1 01h 外径超负公差报警（太细） bit1=1 02h 凹凸缺陷报警（瞬态） bit2=1 04h 凹凸缺陷报警保持（一旦报警，必须人工复位） bit3=1 08h 仪器工作异常报警 bit4=1 10h 反馈控制异常报警（输出饱和、参数错误） bit5=1 20h 无被测物报警 bit6=1 40h 外径超差报警保持（一旦报警，必须人工复位） bit7=1 80h 注：表中“AL 计算值”一列中两位数字后面的 h 表示它是一个十六进制数。 具体有哪些报警信号将被输出，由系统参数“报警输出配置”来确定，它是一个两 位的十六进制数，计算方法是： （1）先取报警输出配置 AL=00h（即所有的报警信号都不输出） 。 （2）如果需要输出某个报警信号，就将该行“AL 计算值”一列的数字加到 AL（注意： 要用十六进制加法，见下面的说明） 。 （3） 最后得到的 AL 就是 “报警输出配置” 值。 该参数的取值范围是两位十六进制数 00 FFh，设定方法见 4.3.14 节。 关于十六进制加法的关于十六进制加法的说明说明：做 AL 计算的十六进制加法时，应按下列规则： （1）两位数字的每一位分别计算，即高位和高位相加，低位和低位相加，没有进位。 （2）相加的结果超过 9 时，用英文字母表示为：10=A，11=B，12=C，13=D，14=E，15=F。 即：2+8=A，1+2+8=B，4+8=C，1+4+8=D，2+4+8=E，1+2+4+8=F。 例如：要计算 04h+10h+80h+08h，高位相加=0+1+8+0=9，低位相加=4+0+0+8=C，因此 结果是 9Ch。 外径测控仪出厂时，参数“报警输出配置”的默认值为 37h，即输出除“无被测物报 警”以外的所有报警信号，并且外径超差报警和凹凸缺陷报警信号都不保持。也就是说， 一旦产品的外径回到公差和凹凸检测极限允许的范围之内，外径超差报警和凹凸缺陷报 警信号就结束。 如果加上 “凹凸缺陷报警保持” ， 一旦出现凹凸缺陷报警， 报警输出触点将保持闭合， 直到按下 键复位报警信号为止。同样，如果加上了“外径超差报警保持” ，一旦出 现超差报警，报警输出触点也将保持闭合，直到按下 键复位报警信号为止。 下面举几个例子说明如何计算“报警输出配置”值 AL。 【例 1】外径超差时报警。 按要求，出现“外径超差”时（包括太粗和太细的情况）应输出报警信号， “线径太 粗”对应的 AL=01h， “线径太细”对应的 AL=02h。此外，当仪器不能正常测量时，也应 该报警， “仪器工作异常”对应的 AL=10h。因此，报警输出配置值：AL=01h+02h+10h=13h。 即系统参数“报警输出配置”应设定为两位十六进制数 13。 【例 2】外径超差时报警，并且报警信号一直保持，直到人工复位为止。 按要求，在例 1 计算出的报警输出配置值（=13h）基础上，增加“外径超差报警保 持” ，对应的 AL=80h。因此，报警输出配置值：AL=13h+80h=93h。即系统参数“报警输出 配置”应设定为两位十六进制数 93。 【例 3】检测到凹凸缺陷时报警。由于凹凸缺陷是一种短暂的现象，不加保持时，报警信 号只能维持 0.1 秒，不易被觉察，因此一般要加上凹凸缺陷报警保持（一旦报警，将连续 输出报警信号，直到人工复位为止） 。同时，仪器工作异常时，也要输出报警信号。 按要求查表，得到下列报警配置： 凹凸缺陷报警（瞬态） AL=04h 凹凸缺陷报警保持（一旦报警，必须人工复位） AL=08h 仪器工作异常报警 AL=10h 因此，要求的配置值为 AL=04h+08h+10h=1Ch，即系统参数“报警输出配置”应设定为两 位十六进制数 1C。 【例 4】产品外径超差及反馈控制工作不正常时报警。 按要求，应选择下列报警配置： 外径超正公差报警（太粗） AL=01h 外径超负公差报警（太细） AL=02h 仪器工作异常报警 AL=10h 反馈控制异常报警（输出饱和、参数错误） AL=20h 无被测物报警 AL=40h 加上“无被测物报警” ，是因为一旦被测线缆跳出了仪器的测量区域，外径反馈控制将被 冻结 （见第 7 章） 。 因此， 要求的配置值为 AL=01h+02h+10h+20h+40h=73h， 即系统参数 “报 警输出配置”应设定为两位十六进制数 73。 6 外径显示控制器外径显示控制器 DSP-3A 6.1 用途用途 DSP-3A外径显示控制器是DDM-3020外径测控仪的配套产品， 两者之间通过RS-485 通信总线相连接。 DSP-3A 外径显示控制器主要用于实现外径反馈控制功能，也可用于外 径测量值的远距离显示以及输出报警信号。 6.2 主要技术参数主要技术参数 电 源 AC 100240V 5060Hz 功 耗 5W 工作温度 045 空气湿度 90%（无冷凝水） 显示方式 5 位 LED 数字显示 通信接口 RS-485，外围设备接口方式（Con） 最大通信距离 1000 m（通信线使用优质双绞线时） 控制输入 10V10V，输入阻抗 50 k 控制输出 10V10V，最大 10 mA 报警输出 继电器触点，最大负载 3A 250Vac 外形尺寸 48 mm96 mm112 mm 6.3 安装与接线安装与接线 6.3.1 安装安装 DSP-3A 外径显示器采用 48 mm96 mm 标准仪表壳。安装时，在控制机柜面板上 开一个 44 mm（高）92 mm（宽）的长方形孔，将显示器从正面插入后，用所附的螺 栓式固定卡固定在机柜面板上即可。 （附图 6-1）开孔尺寸及安装示意图 32 6.3.2 接线端子说明接线端子说明 （附图 6-2）接线端子排列（后视图） 端子号 名 称 说 明 1 L 电源（AC 100240V）相线 2 N 电源（AC 100240V）零线 3 AL1 报警触点输出（有报警时，内部的继电器触点闭合） 4 AL2 报警触点输出（有报警时，使 AL1 与 AL2 接通） 5 SC RS-485 通信接口：公共地 6 SB RS-485 通信接口：总线 B（即 TX/RX） 7 SA RS-485 通信接口：总线 A（即 TX/RX） 8 SR RS-485 通信接口：终端阻抗匹配电阻连接端子 9 未用 10 K1 外径反馈控制禁止信号（K1 与 K2 接通时，禁止反馈控制） 11 K2 外径反馈控制禁止信号 12 10V 10V 5mA 电压输出（用于基本模式反馈控制） 13 VIN 给定电压输入（信号端：10V+10V） 14 GIN 给定电压输入（地端：0V） 15 GOT 控制电压输出（地端：0V） 16 VOT 控制电压输出（信号端：10V+10V） 6.3.3 接线要求接线要求 DSP-3A 外径显示器的接线端子可分为四组： （1）电源：电源：包括 1、 2 两个端子。应分别接至交流电源的相线（L，也叫火线）和零线 （N， 也叫中性线） ，允许的电源电压范围是 AC 100240V。注意：电源线千万不能错接到其 它端子上，否则会损坏 DSP-3A 外径显示控制器。 （2）报警输出：）报警输出：包括 3、4 两个端子。如（附图 6-3）所示，这两个端子在 DSP-3A 外径 显示器的内部被连接到报警继电器的输出触点 K 上，有报警信号输出时，触点 K 闭合。 GIN L 1 916151413121110 AL1N 23 AL2 45 SRSB 6 SA 78 K1K210V VINVOTGOT SC 33 可以利用该触点驱动外接的报警器，如报警灯、蜂鸣器、电铃等，其负载能力为 AC250V / 3A 或 DC24V / 3A。 （附图 6-6）为采用 AC 220V 工作电压的报警器时的接线方法。注 意：由于触点 K 两端并接了一个 RC 缓冲电路，当 K 断开时，它会产生 5mA 左右的漏 电流，为了保证报警电路正常工作，应采用 5W 以上功率的报警器。 （3）RS-485 通信接口：通信接口：包括 5、6、7、8 四个端子。接线时，应采用铜芯线截面不小于 0.5毫米平方， 特征阻抗为120欧姆的双绞线， 将外径仪通信接口的脚， 分别与DSP-3A 的 7、6 号端子连接。公共地线（外径仪脚 DSP-3A 的 5 号端子）可以是双绞线 的屏蔽层，也可以是另外一根导线，当总线长度较短（50 米以内）并且现场干扰较弱时， 也可以不接公共地线。如果 DSP-3A 外径显示控制器是 RS-485 通信总线上最后一个设备最后一个设备 时，应将 7、8 两个端子相连接，使终端阻抗匹配电阻接入 RS-485 总线。 （4）反馈控制部分：）反馈控制部分：包括 1016 共七个端子。其接线方法见第 7 章“外径反馈控制” 。 （附图 6-3）报警输出及通信接口的内部电路示意图 （附图 6-4）是 DSP-3A 仅用于远距离显示外径测量值时的接线图，由于它位于 RS-485 通信总线的终端，因此要将 7、8 两个端子连起来，使其内部的终端匹配电阻连 接到通信总线上。 外径测控仪通讯接口 DSP-3A显示控制器 1 9 234 101112 8 16 567 131415 12 接AC220V 34 电 源 A-棕色 B-蓝色 C-黄绿双色 （附图 6-4）接线图例一：只用外径显示功能 LAL1NAL2SRSBSA R C K RS-485通信模块 终端匹配电阻 12345678 SC 外径仪出厂时， 配套的通信接口连接器 （4 芯航空插头） 上带有 1.5 米长的三芯电缆， 用户可根据需要自行将其延长。航空插头各针脚与线颜色的对应关系为： 1：棕色 RS-485 通信总线 A（即 TX/RX） 2：蓝色 RS-485 通信总线 B（即 TX/RX） 3：黄绿双色 RS-485 通信总线公共地线 C（即 GND） 如果 DSP-3A 外径显示控制器不是 RS-485 通信总线的终端，如（附图 6-5）所示， 在它的后面还接有其他模块（如外接通信适配器 COM-3S、大屏幕显示器 DSP-3S 等） ， 这时 DSP-3A 的 7、8 两个端子不要连接不要连接。 DSP-3A显示控制器 1 9 234 101112 8 16 567 131415 接AC220V 电 源 外围设备模块2 外径测控仪通讯接口 12 34 SASBSR A-棕色 B-蓝色 C-黄绿双色 SC （附图 6-5）DSP-3A 不是 RS-485 通信总线终端时的情况 （附图 6-6）是使用 DSP-3A 的报警输出功能，采用 AC 220V 工作电压的报警器时 的接线图。注意： （1）如果外接报警器的功率过小，在报警输出触点断开时，可能会有 较弱的报警信号输出，这不是故障现象，而是由并接在触点两端的 RC 缓冲电路引起的。 要解决这一问题，可以在报警器两端并接一个 10k 5W 的电阻。 （2）7、8 两个端子是 否需要连接，取决于 DSP-3A 是不是 RS-485 总线的终端（即最后一个设备） 。 外径测控仪通讯接口 DSP-3A显示控制器 1 9 234 101112 8 16 567 131415 12 接AC220V 34 电 源 外接报警器 A-棕色 B-蓝色 C-黄绿双色 （附图 6-6）接线图例二：外径显示和报警 6.4 面板及显示面板及显示 （附图 6-7）DSP-3A 外径显示控制器面板 5 位位 LED 数字显示器：数字显示器：用于显示实测外径值或故障信息。 正常工作时：显示实测外径值，其数值与外径测控仪面板上的显示值相同。 仪器故障时：显示故障信息，与外径测控仪面板上的显示相同，详见第 3.6 节。 与外径测控仪之间的通信不正常时：显示 出现这种情况时，请检查：测径仪与外径显示器之间的通信线是否接好、端子的连接 次序是否正确。测径仪系统参数菜单中的“通信工作方式”应设置为 Con（外围设备 接口方式） ，详见 8.2.1 节。 10 段光柱显示器：段光柱显示器：用于显示外径反馈控制的输出。 10 段全灭：表示外径反馈控制关闭。 中间 2 段点亮：表示外径反馈控制已打开，但输出很小（接近于 0） 。 从中间开始，往左边点亮表示反馈控制输出为负，往右边点亮表示反馈控制输出为正。 点亮的段数越多，表示输出值越大。当反馈控制的输出接近饱和时，左边 5 段闪烁（表 示负方向饱和）或右边 5 段闪烁（表示正方向饱和） 。 10 段一起闪烁：表示外径测控仪工作异常，或反馈控制参数错误。 AL 指示灯指示灯(红色红色)：灯亮表示报警继电器动作，报警触点闭合。灯灭表示报警继电器没有 动作，报警触点断开。 CM 指示灯指示灯(绿色绿色)：灯亮表示外接控制开关断开，允许反馈控制。灯灭表示外接控制开关 闭合，禁止反馈控制。 外径(mm) 时间(分) 2.50 2.49 2.48 2.51 2.52 2.53 01020403070806050 50608070304020100 2.51 2.48 2.49 2.50 时间(分) 外径 (mm) 7 外径外径反馈控制反馈控制 DDM-3020 外径测控仪与 DSP-3A 外径显示控制器相配合，可方便地实现外径反馈 控制功能，即根据实测线径与设定标称值之间的偏差，来控制挤塑机螺杆转速或牵引机 的转速，使实际的线径尽可能地接近标称值。 7.1 外径反馈控制的概念外径反馈控制的概念 在线缆的生产过程中，由于环境条件（如温度、电源电压等）的变化、机械震动（如 牵引轮加工误差）和随机因素的影响，都会造成线径的变化。 （附图 7-1）是用曲线记录 仪记录的某电线生产线产品外径变化情况。从图中可以看出，外径的变化可以分解成两 （附图 7-1）某电线生产线产品外径变化情况 个分量： （1）快速波动，其变化周期为零点几到几秒，幅度通常较小。如果快速波动的 幅度很大，一般是由于生产线的设计不合理、加工精度不够或生产工艺有问题。 （2）慢 速漂移，其变化周期为几分钟到几小时，幅度可能较大。 外径反馈控制，就是利用在线测量仪器（如 DDM-3020 外径测控仪）测量产品的外 径，计算线径与设定标称值之间的偏差，通过调节器来控制挤塑机螺杆转速或牵引机的 转速，使实际的线径尽可能地接近标称值。由于（1）从挤出机或牵引机的转速改变，到 产品外径改变并达到稳定，需要一定的时间（约零点几到几秒） 。 （2）从挤出机头出线的 外径发生改变，到它运行至测径仪处，也需要一定的时间（根据线速度及测径仪安装位 置的不同，约为零点几到几十秒不等） 。因此，外径反馈控制系统具有时间滞后特征，其 典型值为 110 秒。控制理论告诉我们，反馈控制不能消除或减小变化周期比系统的滞 后时间更短的快速波动。因此，外径反馈控制的作用是消除慢速漂移。而快速波动应采 用合理地设计生产设备、提高零部件的加工精度、优化生产工艺等方法解决。 （附图 7-2）采用外径反馈控制后的产品外径变化情况 37 例如， （附图 7-1）所示的生产线，采用外径反馈控制以后，其产品线径的变化情况 见（附图 7-2） 。比较（附图 7-1）和（附图 7-2）可以看到，采用外径反馈控制以后，完 全消除了外径的慢速漂移变化。产品线径的变化范围从原来的 0.05mm 以上，减小到 0.01mm 以内，大大提高了产品的质量。 对原来的生产线加上反馈控制，就是将原来的给定信号与调节器的输出相加，形成 新的给定信号，来控制挤出机或牵引机的转速。在外径反馈控制系统中，通常采用 PI 调 节器（即比例-积分调节器） ，其输出由两个部分组成： （1）比例部分，其输出大小与外径的误差成正比，即 比例部分输出 = CP （设定标称值实测外径） 其中的常数 CP 称为“比例系数” ，它决定了控制系统的响应速度和稳定性：CP 越大，响 应速度越快，但稳定性越差。CP 越小，响应速度越慢，但稳定性越好。在外径反馈控制 系统中，为了保证系统具有较高的稳定性，一般取较小的 CP 值。 （2）积分部分，其输出大小正比于外径误差对时间的积分，即 积分部分输出 = CI (设定标称值实测外径) dt 其中的常数 CI 称为“积分系数” 。积分项的作用是消除外径的静态偏差，使产品外径的 平均值与设定的标称值相等。 因此，外径反馈控制系统的特性主要由比例系数 CP 和积分系数 CI 确定。为了取得 较好的控制效果，应恰当地选择比例系数和积分系数。如果取得太小，则系统的响应速 度太慢，反馈控制效果不好。如果取得太大，则会造成系统不稳定而发生震荡。下面用 一个例子来直观地说明这种情况。 假定有一条电线生产线，冷却水槽长 6 米，测径仪安装于水槽后，产品的标称外径 为 1mm，反馈控制作用于挤出机，给定电压每变化 0.1V，产品外径变化 0.01mm。将主 机给定电压调至 4V 时， 对应的出线外径 0.98mm。 这时打开外径反馈控制， 如果取 CP=25， 则比例部分的输出=25（10.98）=0.5V，与主机的给定电压相加后，得到新的给定电 压=4+0.5=4.5V，这时的出线外径=1.03mm。由于测径仪在水槽之后，因此至少要生产出 6 米外径为 1.03mm 的电线后，才能被测径仪检测到，从而产生新的反馈输出=25（1 1.03）=0.75V，于是新的给定电压=40.75 =3.25V，这时的出线外径=0.955mm。在 生产了 6 米外径为 0.955mm 的电线后，又被测径仪检测到，从而产生新的反馈输出=25 （10.955）=1.125V，于是新的给定电压=4+1.125=5.125V，这时的出线外径 =1.093mm， 。 由此可见， 打开外径反馈控制后， 产品外径将按照： 0.98mm1.03mm 0.955mm1.093mm的形式变化，每段的长度约为 6 米，并且外径的误差越来 越大，这就是反馈控制中的震荡现象，我们在调试外径反馈控制系统时，必须注意避免。 7.2 反馈控制反馈控制的工作状态的工作状态 （1）禁止状态：禁止状态：当系统参数中的“反馈控制模式” （见 4.3.3 节）设置为 0 时，即为禁止 状态。这时，反馈控制系统被完全禁止，而光柱则被用于显示外径的相对偏差量。 （2）关闭状态：关闭状态： 灯灭，光柱各段全灭，无反馈输出，反馈控制系统处于复位状态。 （3）打开状态：）打开状态： 灯亮，反馈控制系统工作，有反馈控制输出，其大小由光柱显示器 表示：从中间开始，向左表示负，向右表示正。点亮的段数越多，表示输出越大。当输 出达到极限时（即输出饱和） ，光柱显示器闪烁。 （4）冻结状态：）冻结状态： 灯闪烁，反馈控制的输出保持不变。当外径测控仪无法检测到产品 外径时 （如被测线缆跳出仪器的测量区域， 或镜头被严重污染导致测径仪不能正常工作） ， 即进入冻结状态。 38 7.3 基本模式外径反馈控制基本模式外径反馈控制 基本模式的反馈控制功能与上一代外径测控仪兼容，可直接替代原来的 DDM-2020 （外径测控仪）加 BFD-2（反馈控制缓冲器）的组合。 7.3.1 接线接线 要使用基本模式反馈控制功能， 请按 （附图 7-3） 接线。 图中的虚线部分不是必须的， 可按实际情况选择。 外径测控仪通讯接口 DSP-3A显示控制器 1 9 234 101112 8 16 567 131415 12 接AC220V 调速电位器 外接开关或触点 34 电 源 外接报警器 输出幅度调节 电位器 （外径反馈控制允许/禁止） 挤塑机或牵引机 调速器 （高端） （低端） （将此处断开） A B A-棕色 B-蓝色 C-黄绿双色 （附图 7-3）接线图：基本模式反馈控制 接线说明：接线说明： （1）有关通信和报警的接线要求见 6.3.3 节。 （2）外径显示控制器的 10、11 号端子用于在“自动方式”下打开或关闭外径反馈控制： 断开时允许反馈控制工作，接通时禁止反馈控制工作。一般将它们接到被控电机主回路 接触器的常闭辅助触点，或控制机柜面板上的“反馈控制”开关，或 PLC 控制器的一个 输出点。如果只用手动方式，也可以不连接。 （3）外径显示控制器的 12、13、14 号端子，应外接一个电位器。DSP-3A 的附件中包括 一个专用的电位器，可直接安装在其接线端子上。该电位器用于调节反馈控制的输出幅 度（在 13、14 号端子间测量） ，一般取调速器最大给定电压的 30%左右。 （4）外径显示控制器的 15、16 号端子是反馈控制输出，应串联到电机调速电位器的高 端（即给定电压最高的那一端） 。具体做法是：找到调速电位器的高端，将接至该端的 导线剪断，得到两个线端 A、B。如果反馈信号控制挤出机，将 A 端接 15 号端子，B 端 接 16 号端子。如果反馈信号控制牵引机，将 A 端接 16 号端子，B 端接 15 号端子。 7.3.2 参数设置参数设置 使用外径反馈控制前，必须先设定好相关的参数：反馈控制模式、反馈工作方式、 比例积分系数、外径标称值。此外，系统参数“通信工作方式”必须设置为 Con（外围 设备接口方式，详见 8.2.1 节） 。 39 7.3.2.1 反馈控制反馈控制模式模式 位于系统参数菜单中（见 4.3.3 节） ，采用基本反馈控制模式时，应设置为 1。 7.3.2.2 反馈反馈工作方式工作方式 位于反馈参数菜单中（见 4.2.3 节） ，根据需要，可设置为“手动”或“自动” 。 （1）手动方式手动方式 优点：接线简单（可以不接外径显示控制器 10、11 号端子上的控制触 点） ，控制灵活（可利用测径仪面板上的【递增键】和【递减键】随意启动或停止外径反 馈控制） 。缺点：必须由操作工人按测径仪面板上的【递增键】启动反馈控制，按【递减 键】停止反馈控制。切记：生产线停车时，必须停止外径反馈控制。切记：生产线停车时，必须停止外径反馈控制。 （2 2）自动方式）自动方式 优点：正常工作时，不需要人工干预。由接在外径显示控制器 10、11 号端子上的触点来控制外径反馈的启动和停止：当触点闭合时，停止外径反馈控制；当 触点断开时，经过 20 秒延时后，启动外径反馈控制。缺点：接线稍复杂，外径显示控制 器 10、11 号端子上必须外接合适的控制触点（要求：生产线启动时，该触点分断；生产 线停止时，该触点闭合） 。此外，还可以在此触点上并联一个开关，以便在需要时手动停 止外径反馈控制。注意：在自动方式下，必须同时符合下列三个条件，外径反馈控制才 会打开：外径显示控制器 10、11 号端子上的触点分断，外径仪上有被测线缆，被 测线缆外径与标称值之间的误差小于15%（例如：标称值为 1mm，则被测线缆的外径应 在 0.85mm1.15mm 之间） 。 （3 3）注意：）注意：生产线停车时，必须停止外径反馈控制。生产线停车时，必须停止外径反馈控制。由于外径反馈的控制结构采用改良 的 PI 调节器，内部有积分环节，如果在生产线停车时没有将反馈控制切断，会造成内部 的积分器饱和，使下一次生产线启动时系统不稳定，产生大幅度震荡。 7.3.2.3 比例积分系数比例积分系数 位于反馈参数菜单中（见 4.2.2 节） 。该参数可分为“比例系数”和“积分系数”两 个部分，如图所示： （1）积分系数：）积分系数：是该参数中的前两位数字，有效的取值范围 0129。 积分系数决定反馈控制过程中，消除外径误差的快慢程度。数值越大，消除外径误 差越快，但过快时会造成系统不稳定。反之，数值越小，消除外径误差越慢，而系统越 稳定。因此，积分系数的选取必须同时兼顾快速性和稳定性。 一般情况下， 积分系数可按以下方法确定： 假设生产线正常工作时的线速度为 V （米 /分）= V/60（米/秒） ，线缆从挤出机头到外径测控仪之间走过的长度为 L（米） ，可以算 出线缆从离开挤出机头至到达测径仪所需要的时间为 T = 60LV（秒） 。于是， 积分系数 = 20（T+1）= 20（60LV +1） 这是积分系数的理论值，实际使用时，应根据调试的情况作适当的调整。 40 【例 1】生产线速度为 V=600 米/分，测径仪安装在牵引机之后，冷却水槽长度 6 米，线 缆在牵引轮上绕 8 米，即走线长度 L=6+8=14 米。那么： 积分系数 = 20（60LV +1）= 20（6014600 +1）=8.33 四舍五入后，取积分系数=8。 【例 2】生产线速度为 V=100 米/分，测径仪安装在冷却水槽前，距挤出机头 0.5 米，即 走线长度 L=0.5 米。那么： 积分系数 = 20（60LV +1）= 20（600.5100 +1）=15.38 四舍五入后，取积分系数=15。 从这两个例子可以看出，为了取得良好的反馈控制效果，应尽量将测径仪安装在冷 却水槽前，这时积分系数可以取得比较大，从而可以较快地消除外径误差。 （2）比例系数：）比例系数：是该参数中的后两位数字，有效的取值范围 0199。 比例系数决定反馈控制输出中比例项的大小，其取值可按以下公式估算： 比例系数 = 15( 1 (dD)2 ) 其中 D=线缆的绝缘外径，d=挤塑前的芯线外径。实际使用时，应根据调试的情况作适当 的调整。 【例 3】假设芯线直径 d=1.5 mm，挤包后的绝缘外径 D=2.2 mm，那么 比例系数 = 15( 1 (1.52.2)2 ) = 28.03 四舍五入后，取比例系数=28。 7.3.2.4 外径标称值外径标称值 位于工作参数菜单中（见 4.1.1 节） ，有效的取值范围 0.100