基于PLC的微结构光纤毛细管自动剪切收集排布系统

摘要：本文使用一套基于西门子S7-200系列可编程序控制器(PLC)的系统来实现微结构光纤毛细管自动剪切、收集和排布。系统由旋转编码器配合PLC高速计数器指令来测量长度，由二氧化碳激光器进行毛细管的横向剪切，通过替换各种形状光纤毛细管收集器可以收集并进行各种形状光纤的自动排布，同时可以显示、设定切割长度和切割次数。
关键词：微结构光纤；可编程序控制器；编码器；显示；二氧化碳激光器

0 引言
微结构光纤是一种由有序或无序的空气孔构成的微结构包层的新颖光纤。具有许多传统光纤难以达到的优良特性，因此在许多领域，如光纤激光器和放大器、非线性光学、光纤通信、光纤传感等许多方面都有着重要的应用。人们对微结构光纤的理论研究取得了一定成就，但是其制备工艺一直是一个难点。最常采用的堆积法，是将毛细管截成合适长度紧密堆积在套管中，堆积成六边形或者其他结构，中心的毛细管被去除或者用实心棒代替以造成缺陷。迄今为止丹麦和巴斯大学采用最多的还是传统的堆积法，其制作工艺复杂，给光纤毛细管带来了很大的污染。微结构光纤预制棒是制备微结构光纤的第一环节，它的好坏会直接影响后面的光纤质量，因此光纤制备工艺亟待改造。这次通过用PLC(可编程控制器)对光纤制备条件进行改造，由自动化设备对光纤毛细管进行自动测量长度及实现剪切，设计了各种形状自动接收器可以自动接收然后直接进行预制棒的排布，实现了整个制备过程自动化。

1 系统硬件介绍
PLC是一种基于数字计算机技术，转为工业环境应用而设计的电子控制装置，可以控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。它有体积小、组装灵活、可靠性高等各种优点。因此整个系统由PLC作为主控部件，型号选用西门子S7-200系列，采用PLC高速计数器指令和光电编码
器可以实现精确的定长测量，通过四个LED七段显示器可以实现显示设定长度以及切割次数的功能。基于光纤毛细管的材质及其特性考虑，切割部分采用二氧化碳激光器，可以实现剪切切口平整并且没有碎渣。
1．1 定长测量
光纤毛细管是微结构光纤制备的重要原材料，现有的条件只能由人手工测量长度，手工剪切，需要改进。旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。因此可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输出给PLC，利用PLC的高速计数器对此脉冲信号进行计数，以获得测量结果。光纤毛细管的定长测量、定长控制由旋转光电编码器配合PLC的高速计数器一起实现。
定长控制包括测量和比较两个部分，高速计数器有一组预置值，开始运行时装入第一个预置值，当前计数值等于预置值或者有外部复位信号时，产生中断。发生当前计数值等于预置值的中断时，设置下一阶段的输出，设置第一个预置值和第一个输出状态，循环又重新开始。
测量物体的长度，需要将单位长度转换成脉冲量，通过光电编码器和PLC高速计数器记录脉冲量的变化，以此达到测量长度的目的。测量长度传感器采用光电编码器，采用A相计数输入，光电编码器的电源由PLC自身的输出直流电源24V提供(L+,M)。旋转编码器安装示意图见图1。

用联轴器将光电编码器与光纤导向轮连接固定，使之能够同步转动，导向轮转动带动编码器旋转并输出高速脉冲信号来测量被切割物体的长度。设导向轮直径为D，定尺长度为M，P为编码器每转输出脉冲数，光电编码器机械轴每转一周位移为πD，则编码器每发生一个脉冲对
应于被计量的光纤位移长度一信号步长为πD／P；所以到需要的定长M时，所需的脉冲数为MP／πD。设定高速计数器的设定值为MP／πD，当前值等于设定值时，由PLC发出指令控制C02激光器发出切割脉冲，并复位计数器，重新读入当前设定值。设导向轮直径D为120mm，光电编码器每转脉冲数助200个／转。可以计算出被切割物体每毫米长度的脉冲数为：每毫米脉冲数=200／120 π≈0．5348个脉冲／mm。