济南西门子授权代理商DP电缆供应商

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 与同轴电缆传输系统一样，光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现。光分路器又称分光器，是光纤链路中重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×N光分路器。

1．光分路器的分光原理　　光分路器按原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种，熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。

熔融拉锥法就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路放在野外的情况甚，这也是光分路容易损坏得主要原因。对于多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。

2．光分路器的常用技术指标

（1） 插入损耗。
光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指i个输出口的插入损耗；Pouti是i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。

（2） 附加损耗。
附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。值得一提的是，对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，考虑了分光比的影响。因此不同的光纤耦合器之间，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。对于1*N单模标准型光分路器附加损耗如下表所示：
分路数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16
附加损耗DB 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2

（3） 分光比。
分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。所以在订做光分路器时一定要注明波长。

（4） 隔离度。
隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中，隔离度对于光分路器的意义为重大，在实际系统应用中往往需要隔离度达到40dB以上的器件，否则将影响整个系统的性能。

另外光分路器的稳定性也是一个重要的指标，所谓稳定性是指在外界温度变化，其它器件的工作状态变化时，光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变，实际上光分路器的稳定性取决于生产厂家的工艺水平，不同厂家的产品，质量悬殊相当大。在实际应用中，本人也确实碰到很多质量低劣的光分路器，不仅性能指标劣化快，而且损坏率相当高，作于光纤干线的重要器件，在选购时一定加以注意，不能光看价格，工艺水平低的光分路价格肯定低。

此外，均匀性、回波损耗、方向性、都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置.

    平面波导型和熔融拉锥型光分路器目前，光分路器主要有平面光波导技术和熔融拉锥技术两种。

1.   平面波导型光分路器(PLC Splitter)
PLC由一个光分路器芯片和两端的光纤阵列耦合组成,采用半导体技术，工艺稳定性、一致性好，损耗与光波长不相关，通道均匀性好，结构紧凑体积小，大规模产业化技术成熟。

2.   熔融拉锥光纤分路器（FBT Splitter）
熔融拉锥技术是将两根或多根光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，其中一端保留一根光纤（其余剪掉）作为输入端，另一端则作多路输出端。

3.   两种器件性能的比较a)   工作波长

平面波导型光分路器工作波长达到1260~1650nm，覆盖了现阶段各种PON所需要的波长。拉锥型光分路器可根据需要调整波长到1310nm，1490nm，1550nm等,工艺较复杂，而且工艺控制不好，随着工作时间和温度的变化，插损会发生变化。b)   分光均匀性平面波导器件的分光比由于半导体工艺的一致性高，器件通道的均匀性非常好。拉锥型分路器的分光比均匀性差，但拉锥型分路器分光比可变是此器件的大优势。c)   温度相关性TDL（Temperature Dependent Loss）
平面波导器件工作温度变化量较小；拉锥型分路器插入损耗随温度变化较大。d)   成本按目前的生产成本，1×8是临界点，1×16以上PLC性价比明显占优，1×4以下拉锥型分路器性价比占优。e)   性PLC与拉锥型分路器比较，PLC理论上只有两个交接面存在故障点，而1×N拉锥型分路器有2N-3个故障点。

4.   总结

拉锥型器件在成本方面有明显优势,平面波导光分路器在性能、性方面具有明显的优势。我们建议,低分路器件（1×4以下）可以选用拉锥器件，高分路器件（1×8以上）选用平面波导器件。

  DVP-SS2系列提供12～14点PLC主机，具有丰富的指令集和8ksteps的程序内存，可连接薄型全系列I/O模块，具有数字输入∕输出和模拟模块(A/D、D/A转换及温度模块)等功能，尤为值得一提的是，其大输入∕输出扩充点数竟不可思议高达480点，这是也该款产品大亮点之一。

    DVP12SS211S通过了UL508、EuropeancommunityEMCDirective89/336/EECandLowVoltage、Directive73/23/EEC等标准认证，在耐振动／冲击方面，DVP12SS211S是通过了严格的IEC61131-2,IEC68-2-6(TESTFc)/IEC61131-2&IEC68-2-27(TESTEa)标准规范。严格的标准必定带来高质量的产品，DVP12SS211S在宽温控制上表现优异，其操作环境为0ºC～55ºC(温度)和50～95%(湿度)，储存环境是扩大到-25ºC~70ºC(温度)和5~95%(湿度)。

    与DVP-SS2系列其他产品一样，DVP12SS211S采用了免电池设计，其PLC程序与停电保持数据皆运用高速闪存储存。此外，DVP12SS211S还具备直流输入电源性反接保护，有效保护了产品，而四个10kHz的高速脉冲输出以及体积小、易安装等特点又大满足了一些特殊行业的应用需求。

功能：

    1、逻辑控制

    2、定时控制

    3、计数控制

    4、步进(顺序)控制

    5、PID控制

    6、数据控制：PLC具有数据处理能力。

    7、通信和联网

    8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，

    适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期出现了微处理器和微型计算机，人们将微机技术应用到PLC中，多的发挥计算机的功能，不仅用程序逻辑取代硬件连线，还增加了运算、数据传送和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，国外工业界在1980年正式命名其为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC，但是由于它和个人计算机（PersonalComputer）的简称容易混淆，所以现在仍把可编程序控制器简称为PLC。

    进入20世纪80年代以后，随着大规模和大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，体积减小，成本下降，性提高，编程和故障检测为灵活方便，而且模拟量I/O和PID控制、远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示也有了长足发展，所有这些已经使PLC应用于连续生产的过程控制系统，使之成为今天自动化技术支柱之一。

   在过去几年中，中国的可编程序逻辑控制器（PLC）市场一直高速增长。这个大约300万美元的市场在可以预见的未来将以稳定的价格，随着繁荣的和正在进行的基础建设投资继续以每年15~20%的速度增长。不但是PLC市场，包括整体的自动化市场，正在几乎以3倍于中国GDP的速度成长。

    在这样快速增长的经济中，PLC提供了很多隐藏的利益。但是大多数供应商以他们在其他地区销售PLC的方式在中国销售。他们集中在这样一些领域：如改善自动化、增加生产中的灵活性、提高生产力、减少维修和停机时间及提高通信能力。当这些好处众所周知时，了解特别对中国很重要的隐藏利益对于制造商和供应商来说具有的好处。PLC保持劳动力成本的竞争力中国繁荣的经济增长正引起生活标准上升。因此，有技术的工人将来的身价会提高。PLC通过执行重复性劳动而减少劳动力需求。这减少了在新工厂需要有技术有经验的工人数目，减少了起动成本和时间。PLC也在其整个生命周期内使工厂受益。通过软件执行的过程改进，例如资产管理和状况监视，将能补偿较旧机器对生产率和质量诸因素的影响。这样的改进也能利用劳动力通过经验获得的知识并抵消工厂在其生命周期中前进时技术工人成本的上升。

    PLC有助于使生产符合规范由于越来越多的药品责任纠纷和对生化恐怖主义的担心，美国FDA对制、食品与饮料、精细化工等行业的规范严厉。中国加入WTO，使其面临得到越来越多的这些行业的外包生产的机会，但满足这些规范、标准的困难限制了把握机会能力。PLC有助于合同制造商获得可信度将生产外包给像和印度这些国家的跨国公司喜欢具有与它们本身系统相同的，或者是具有的自动化系统的合同制造商。如果像PLC这样的自动化设备的通信能力支持远程监视或诊断，则一旦发生了问题并能够解决的话，商业伙伴间的协作关系会加强。PLC帮助合同制造商吸引多的业务，当客户检查他们良好的自动化设施时，他们赢得业务;当客户为增强的适应性、质量和生产率而高兴时，合同制造商将继续干下去。

    PLC降低劳动力的培训要求在中国，由于几乎所有行业的生产规模扩张，因此很难找到合格的本地雇员。此外，虽然知识水平也在提高，但是保持与同步则要求公司管理越来越复杂，因而要持续地重新培训他们的工人。PLC使新操作工能应付复杂生产系统的需求。它们减少了对大多数操作者培训的需要，只需要相当少的技术熟练的编程人员。PLC处理非常复杂的现代生产系统，这给操作者提供了额外时间，集中构建他们范围的知识和附加值技术，这将保持他们的公司具有竞争力。PLC有助于保护知识产权从成功的制造商那儿挖来技术熟练、有经验的操作者，是成长中市场（如中国）上相互竞争公司信息和技能的一种重要来源。基于PLC的正确的自动化系统设计可以保证，关键过程（工艺）变量隐藏在控制系统设置中，只被少数关键人员知道。另外，操作者仅获得专门的或用于某一特定生产系统的硬件和软件设计的技巧。这些技巧很难转交给竞争对手，这有助于减少劳动力跳槽以及保护知识产权。PLC为将来的自动化升级提供道路PLC在性、性能、可重复性、可预测性方面的声誉继续推动市场对能够经受恶劣工业环境的简单而坚固系统的需求。另一方面，PLC已经通过加入开放式标准接口、多区域功能度、分布式模块化结构和现代软件性能而进化。为缓解受资源限制、快速成长公司的痛苦，一旦PLC就位，要升级自动化能力便不需要“拆开换”设备。

1 引言
在现代社会中，瓶灌装生产线广泛应用于食品、、日化等行业，灌装生产线水平的高低直接关系着产品的质量和生产的效率。随着经济的发展和科学技术的突飞猛进，特别是自动化、智能化技术的广泛应用，瓶灌装机行业受益匪浅。目前，瓶灌装机市场需求庞大，国内外生产厂商众多，竞争为激烈。面对竞争激烈的市场，如何降，提高生产线技术水平成为众多企业的迫切需求。
为降、提高技术水平，电子凸轮取代机械凸轮的使用成为一种趋势。电子凸轮的使用大地降低了生产成本。一般来说，一种电子凸轮对应一种瓶灌装产品，对于需要灌装多种规格瓶子的生产线，需要在伺服驱动器中预置对应数目的电子凸轮曲线，但对于计划外的瓶子灌装则无能为力。Lenze公司推出了9400伺服PLC，采用在线电子凸轮曲线计算的方式解决了这个问题，本文以灌装半固体物质的瓶灌装机为例，提出了电子凸轮CAM在线计算的解决方案。
2 设备主体结构
设备主体部分主要由运输链、大盘、托盘和灌装喷嘴等机械部件组成。运输链：灌装时，将灌装瓶送至灌装处；灌装完毕后，再将已完成灌装的瓶子运走；大盘：大盘转一圈完成一个工位瓶子的灌装，即一个瓶子灌装完毕后，大盘转一圈，将此瓶从灌装位置移出，同时将下一个瓶子移至灌装喷嘴所处的灌装位置，准备进行下一个瓶子的灌装；托盘：托举瓶子，由伺服电机驱动控制，可以进行的CAM位置升降运动；灌装喷嘴：形状为一细长圆柱喷嘴。每一工位瓶子进行灌装时，通过设备控制喷嘴一定的液体流量。
灌装的主要时序如下：设备灌装时，通过运输链将瓶子运送至灌装处，自动装至托盘；灌装喷嘴位置保持不动，由伺服电机控制托盘上升使瓶底接近喷嘴位置；灌装时，液体在固定压力下从喷嘴流出，灌装喷嘴位置固定，伺服电机控制托盘瓶子根据CAM曲线位置自动下
降，使喷嘴与液面始终保持固定位置；灌装完毕后，大盘转动一圈，使灌装完毕的瓶子移向传输链，并由传输链送走，同时将下一个空瓶子移至喷嘴所在位置，进行下一个瓶子的灌装。
此外，也有其他灌装设备采取托盘瓶子位置固定，通过控制喷嘴的上升、下降位置、速度来控制瓶子灌装。虽然机械结构有所不同，但原理大同小异，均使用伺服电机控制位置，以保持灌装时喷嘴和瓶内液面的位置不变。
3 主要难点
为提高产品的多样性和竞争力，大部分客户设计或选用不同形状的瓶子用于产品包装，作为其提高市场吸引力，进而提高产品竞争力的一个重要举措，但这也增大了瓶子灌装的难度。
由于灌装所用材料大部分为液态或半固态的物质，且有不同的颜色，为保证整体产品的质量，灌装时，须保持喷嘴与瓶内液面的位置恒定。若灌装时，喷嘴与瓶内液面位置快速脱离或者接触上，容易导致灌装物质在瓶内喷溅或者瓶内产品的内部会有气泡，这样就会影响产品外观及质量。因此如何建立方程或者曲线，通过驱动器控制实现灌装CAM曲线，保证灌装质量，是灌装需要考虑的重要问题。
此外，一般来说，一种形状的瓶子对应一种灌装CAM曲线。在实际应用中，客户经常会使用不同形状的瓶子，按常规考虑，则需要在驱动器中预存不同的CAM曲线，但这意味着只能灌装在驱动器中预存形状的瓶子，一旦遇到其它形状的瓶子，除非修改曲线，否则影响灌装质量。但在终端客户那里，这会为麻烦。因此如何建立一种方程，使之适应绝大多数形状的瓶子，也是一个主要的难点。
4 解决方案
Lenze 9400伺服PLC提供了解决问题的主要载体，9400伺服PLC除具备伺服器的功能外，还兼具PLC的功能，可以进行自由编程。这样，只要建立了合适的方程，就可以通过9400伺服PLC以CAM方式实现，以解决灌装中存在的问题。
4.1. 产品介绍
9400伺服PLC是Lenze公司推出的一款伺服控制器，也是Lenze精度系列产品之一，能为系统处理和过程控制提供技术方法。主要特点如下：
1) 较高的运算速度及控制精度
控制器采用32位处理器，大地提高了运算及控制精度。
2) 兼容PLC编程功能
9400伺服PLC具备PLC编程功能，可灵活实现客户不同的需求。同时，PLC运行扫描时间为，快达1ms。
3) 通讯兼容性
通过选择不同的通讯模块，9400伺服PLC可以快捷地与三方PLC或者其他伺服驱动器通讯，如Profibus-DP、ProfiNet、EtherCAT等模块。
4) 可集成的技术
可选的可插拔模块可满足IEC 61508SIL3标准的要求。模块化的解决方法，对于满足将来可能进一步增加的要求也提供了的保。
4.2. 系统配置
系统配置如图1所示。9400伺服PLC驱动器驱动同步伺服电机控制托盘的上下运动，电子凸轮CAM曲线由9400伺服PLC在线计算，并存储在9400伺服PLC中。大盘上安装一个SSI编码器，编码器信号接入9400伺服PLC X8接口中，作为CAM曲线的主轴信号，大盘转一个工位，编码器则旋转一周。

                                                      图1 系统配置图
由于系统需要高动态响应，执行电机选用LenzeMCS同步伺服电机。电机在运行过程中会产电能量，9400伺服PLC驱动器外接一个制动电阻。
9400伺服PLC驱动器通过集成的CAN接口与触摸屏进行通讯，扩展IO接口通过CAN总线与9400伺服PLC相连。
4.3. 主要功能
1) CAM曲线在线计算
在画面上输入关于瓶子形状的特征点，9400伺服PLC程序中即可根据瓶子形状特征点得出瓶子形状体积模型，然后根据瓶子体积、灌装速度、大盘SSI编码器角度计算出通用曲线方程，离散化得到计算CAM曲线。
2) CAM曲线计算错误保护
由于在灌装过程不允许电机倒转或者暴冲，CAM曲线的计算结果需要进行容错检查。
a) 特征点坐标值输入错误检查；

b) 灌装曲线趋势检查；
c) 检查计算结果相邻点之间值是否跳变过大，以防止电机出现暴冲现象。
3) CAM曲线在线切换
在生产线灌装过冲中，使用CAM曲线在线切换功能，实现不停机切换灌装不同的瓶子。
4) Lock to CAM 功能
运行CAM曲线前，电机可能在任意位置。为防止投入CAM曲线运行瞬间电机出现暴冲现象，可采用以下办法：投入CAM曲线运行命令后，先将电机位置自动定位到CAM计算曲线对应的位置，定位完成后再自动运行CAM曲线。
5) 转矩补偿
在外部惯量较大时，可以采用转矩补偿。由于电机运行时，外部负载为固定值，且负载方向一直向下，可以等同为位能性负载。伺服控制器驱动电机带动杆上升时，需要加上此负载对应的转矩量；电机带动杆下降时，则需要减去此负载对应的转矩量。
5 Lenze亮点
1) 的伺服PLC驱动器，32位处理器，具备高的运算及控制精度，程序扫描时间可达1ms；
2) 除具备9400伺服驱动器特性外，还兼容PLC功能。一台9400伺服PLC可替代PLC+伺服驱动器的组合，减少成本，性价比较高；
3) 可执行公式生成的计算CAM曲线或者固定CAM曲线，CAM曲线之间可进行在线切换；
4) 兼容三方设备的Profibus DP、ProfiNet、EtherCAT等常用的通讯；
5) 外围可扩展IO端口。
6 结论
9400伺服PLC驱动器除具备伺服控制的特点，兼具PLC的功能，支持ST、FBD等多种编程语言，还可以进行外围IO扩展，具备较高的性价比。此外，还可以实现在线CAM曲线计算、固定CAM曲线与计算CAM曲线的切换等多种功能，对于灌装设备技术水平的提升有着重要的实际应用意义。