基于DSP的线缆自动除字器设计

张贵生，朱艳娜，赵 尹

(安徽理工大学 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001)

常用线缆主要包括电缆和光缆[1-3]，因客户要求，护套型线缆表面常做定距印字处理，用以标注线缆型号、厂商名称[4-6]、米数等信息。在线缆加工过程中，因喷码机故障、缆身抖动、线缆表面有水渍[7-10]等原因，会导致印字不清晰，形成问题缆。

对于印字类问题缆常做除字重印处理，以使损失降至最低。目前，国内外关于线缆除字问题皆采用人工擦拭方式解决[11]，即用毛巾蘸沾溶剂(清洗剂或丙酮溶液)逐一擦拭，这种方式不仅速度慢、费人力、效率低，而且溶剂粘附时间较长、易造成线缆护套腐蚀，用力来回擦拭、更易损伤护套表面，此外，单点护套损伤即可造成整根不合格，报废率较高。因此，传统人工除字方式弊端较大，亟需解决。

针对上述问题，本文结合实际生产经验，设计了一种线缆专用除字器，以DSP28335为主控制芯片，能有效实现自动除字效果。

1 线缆自动除字器结构设计

机械结构是除字器的主体部分，主要负责结构支撑、线缆稳定传输、溶剂输送抽放与过滤回流、残留溶剂擦拭等任务，配合电气系统完成自动除字工作。本除字器安装于线缆放线架和稳线架之后、收线架之前的工艺位置，线缆依次穿过测速架、导轮、环形喷嘴和除剂箱。其机械结构如图1所示。

图1 线缆除字器机械结构图

除字流程：

①将线缆上字体的一个端点静置于测速架上，作为除字起始位置；在触摸屏上设置线缆米距r和字长l(由刻度尺实际测量而得)；给系统上电，启动整条复绕线和本除字器的电气系统，同时开启气泵和吹气阀。

②线缆由放线架向收线架方向运行，为保证除字效果和线缆安全，线缆最高速度一般不高于30 m/min，由主动放线架和收线架设定；抽放电机根据线缆前进速度v和米距r确定喷射周期T，根据线缆前进速度v和字长l计算喷射时长t，由软件编程实现。

③当字体起始端经过测速架时，速度信号传输给主控制器，抽放电机接受指令开始工作，将溶剂从储存箱内抽入喷射管道，所用时间为固定值t1(实测值为0.5 s)，环形喷嘴将溶剂喷射至线缆表面字体，喷射压力将字体冲刷除去。三个环形喷嘴间隔放置，提高了冲刷效果，同时防止因计算误差而造成喷射延误，双重保证除字效果。

④除字后的线缆经过吹气阀时，将表面残留溶剂吹散并加速溶剂挥发，为彻底除去残留溶剂，在除剂箱末端用毛巾覆盖线缆进行二次擦拭，除剂箱内滴落的溶剂经回流管道流入喷洗箱，再经过滤网滤除杂质后汇入储存箱内再次利用，过滤网杂质可通过外开门取出。

⑤触摸屏上设置有开关、暂停键、重启键。开关负责启停除字器电气系统，实际使用中，若需暂时停止除字动作，可点击暂停键，线缆即刻减速，直至速度为0停止运行，点击重启键即可重新启动。

2 硬件电路设计

硬件电路是除字器的执行单元，以DSP28335芯片作为主控制器，同型号DSP作为抽放电机控制器，配以速度检测单元、触摸屏等外围电路，组成一个完整的自动除字控制系统。其硬件电路原理如图2所示。

图2 硬件电路原理框图

2.1 速度检测电路设计

速度检测单元负责实时检测线缆前进速度，并将检测信号准确地传输至DSP28335主控制器。在实际应用中，由于复绕线不同于实际生产线，线缆张力较小，收放线过程中难免出现缆身抖动现象，为了更加准确地检测线缆前进速度，需采用无接触式测速传感器，同时添加防抖动导轮。

本系统采用ZLS-Pa像差测速传感器，测量精度小于1%，测速范围为(0～60)m/min，通讯端口为RS232总线，以非接触LED光测速，ZLS-Pa像差测速传感器安装在两只导轮正中间位置，LED光可直射线缆表面。RS232总线连接电路如图3所示。

图3 RS232总线连接电路图

2.2 触摸屏功能介绍

触摸屏负责动态显示线缆速度v和线缆米距r、字长l的信息录入。触摸屏与DSP28335主控制器之间双向通讯，v信号传递给DSP28335主控制器，信号识别与处理后，由触摸屏动态显示；通过触摸屏设置的米距r、字长l信息，传输至DSP28335主控制器，进行收放电机喷射周期T和喷射时长t的计算。

2.3 抽放电机拓扑电路设计

抽放电机驱动电路是硬件电路设计的重要部分，DSP28335主控制器发送的控制指令皆由抽放电机完成，因此，抽放电机驱动电路的可控性和稳定性至关重要。

本系统采用功率3 W、供电电压12 V的小型无刷直流电机(BLDCM)作为抽放电机本体，三相全桥驱动电路为拓扑结构。其拓扑电路如图4所示。

图4 BLDCM拓扑电路图

DSP28335主控制器内的PWM端口顺序连接VT1～VT6，通过调控六只MOSFET开关管的导通顺序和导通时间，就可控制BLDCM三相绕组LA、LB、LC内的导通顺序和电流方向[12]，进而控制定子绕组磁通方向，实现BLDCM的正常抽放与停止动作。

3 软件设计

软件编程是本除字器的核心部分。根据生产经验，综合考虑各种细节，将线缆前进速度v、米距r、字长l等参数及其计算公式编入程序，指挥DSP28335主控制器和电机控制器协调统一工作。系统主程序流程图如图5所示。

图5 系统主程序流程图

系统主程序流程图的具体流程如下：

①系统上电后，主程序初始化，根据客户要求和实测情况，设置触摸屏上的线缆米距r和字长l；

②ZLS-Pa像差测速传感器开始检测线缆前进速度v，此时，DSP28335主控制器根据v是否大于0来主动判断抽放电机是否需要启动，当v>0时，线缆开始前进，同时启动抽放电机，执行电机控制器子程序；当v=0时，系统处于开机后等待阶段；

③电机控制器子程序执行完毕后，判断是否暂停，若未收到暂停指令，返回速度判断框，重新判断线缆速度v，循环执行电机控制子程序；若收到暂停指令，判断是否接受重启指令，若收到重启指令，则返回速度判断框，重新判断线缆速度v，循环执行电机控制子程序；若未收到重启指令，则判断是否接受关机指令，若未接受关机指令，则返回重启框，循环判断；若收到关机指令，则退出主程序，结束运行。

电机控制器子程序流程图如图6所示。

图6 电机控制器子程序流程图

电机控制子程序流程如下：

①子程序初始化后，设定抽入时间t1=0.5 s和印字数量初值x=0；

②赋初值后，第一个印字的首字母经过速度检测单元时(即线缆开始前进)，抽放电机在DSP28335主控制器指令下启动，首字母进入环形喷嘴的时间为(0.5～0.8)s(实测值)，三只环形喷嘴喷出的溶剂开始清除第一个印字；

③电机控制器内编入计算公式：

T=r/v

(1)

t=l/v+t1

(2)

式中，抽入时间t1为抽放电机将溶剂从储存箱内抽入喷射管道并喷出所用时间，实测值为0.5 s.

根据公式(1)和(2)分别计算出喷射周期T和喷射时长t，由于前进速度v和米距r为设定值，线缆加速和减速运行时(设备性能优良，加减速时间很短)，喷射周期T和喷射时长t为动态变化值，线缆处于匀速稳定运行时，两者基本保持不变；

④第一个印字清除后，判断线缆速度v是否为0，若v>0，则印字数量x自动加1，根据喷射周期T和喷射时长t，推算第二个印字的喷射时间点，循环往复，将字体全部清除；若v=0，则停止喷射溶剂，返回主程序。

4 结语

本文结合生产经验，从线缆除字重印的实际应用角度出发，通过机械结构创新、硬件电路设计和软件流程图绘制，设计了一种线缆自动除字器。

本除字器的使用结果表明，机械结构稳定、操作方便，环形喷嘴对字体的冲刷效果显著且无遗漏，残留溶剂清理及时，无可见腐蚀现象；ZLS-Pa像差测速传感器测量精度完全符合除字要求；DSP28335主控制器的软件编程细致无误，可为各硬件电路提供稳定、准确的数据处理和控制指令；BLDCM抽放动力强、响应速度快，运行平稳、静音效果好，能够较好地实现自动除字功能。