阻燃耐火聚氯乙烯電纜智能制造關鍵技術研發(fā)

張雅堃 曹凱

摘要：本文研究提出阻燃耐火聚氯乙烯電纜智能制造關鍵技術，實現了制造數據的結構化統一表達，并提出一種基于物聯網的實時制造執(zhí)行系統，實現精確的生產計劃和調度等。該項目生產過程關鍵技術采用智能改造設備和控制系統使生產效率提高35%，產品電纜可經受環(huán)境溫度下工頻電壓試驗3kV，5min不擊穿，產品燃燒時釋放氣體試驗滿足測試要求。本文研究內容研制的阻燃耐火聚氯乙烯電纜智能制造關鍵技術在可以大幅提高生產效率，實現自動化生產，解決本行業(yè)當前面臨的人工成本高、招工難的迫切問題;同時有效提高產品的加工質量，將極大促進本行業(yè)的技術升級和提質增效，有助于提高企業(yè)的市場競爭力。

關鍵詞：阻燃耐火;低煙低鹵;實時采集

引言

長期以來我國電纜行業(yè)的裝備自動化、數控化、智能化方面的資金投入不足，使得我國電纜產品生產自動化、智能化的總體水平不高，全憑工人的工作經驗，產品質量很難得到保障，同時由于智能化水平較低，生產線需要多個工人進行操作，效率不高同時造成人力資源浪費。

隨著電纜材料阻燃技術的發(fā)展，新型的阻燃電纜也不斷產生，從原來普通的阻燃電纜發(fā)展到低煙低鹵阻燃電纜和阻燃耐火聚氯乙烯電纜。這說明近年對阻燃電纜的要求越來越高[1]。在歐美日等國，環(huán)保型電線電纜已成為所有電纜品種的主流產品，政府嚴禁使用或進口非環(huán)保型電纜。普通的阻燃材料中含有大量的鹵，在燃燒的時候會產生大量的煙霧和有毒的腐蝕性鹵化氫氣體，所以阻燃耐火電纜將是以后發(fā)展的主要趨勢。同時改進生產工藝，提高生產設備智能化也是電纜行業(yè)發(fā)展的必然趨勢[2]。

綜上所述，針對阻燃耐火聚氯乙烯電纜智能制造關鍵技術的研發(fā)將實現對生產狀態(tài)信息的采集，可有效提高產品質量及生產效率，使生產效率提高35%以上。

1導體的絞制技術改進

為了提高電線電纜的柔軟度以便于敷設安裝導電線芯采取多根單絲絞合而成，從導電線芯的絞合形式上可分為規(guī)則絞合和非規(guī)則絞合，非規(guī)則絞合又分為束絞、同心復絞、特殊絞合等[3]。該項目中放線和絞合通過在放線盤和過線器同步進行，有效提高了生產效率，同時放線裝置和絞線裝置設置傳感器，將制造過程環(huán)境數據實時采集上傳。

2絕緣擠出技術改進

電纜絕緣根據阻燃等級的不同允許選用交聯聚乙烯或無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣材料，由于導體外重疊繞包兩層或多層耐火云母帶，對于導體截面25mm2及以上的電纜其絕緣層厚度允許減薄 20%，該項目使用的擠出機通過將機架、擠壓倉、進料斗、喂料電機、擠壓螺桿、溫度監(jiān)控器、加熱環(huán)、溫控中樞、出料槽結合在一起，經過試驗優(yōu)化，能夠使擠出機在工作過程中對運行狀態(tài)和擠出物質狀態(tài)信息進行實時監(jiān)控采集，并對采集到的信息進行分析，從而根據分析的結果自動調節(jié)擠出機的工作模式，改變進料斗的進料量、喂料電機的轉速以及加熱環(huán)的啟動數量和加熱溫度，使擠出機能夠持久正常運行，穩(wěn)定電纜絕緣擠出的品質，提升生產效率[4]。

3自動冷卻技術

由于低煙無鹵材料的特殊性，在擠出過程中，因磨擦而產生大的熱量，要求擠出設備有良好的冷卻裝置，才能控制工藝溫度。該智能冷卻系統采用移動恒溫水槽和自動降溫冷卻水槽結合，采用內循環(huán)保證溫度均勻恒定，有效保證了產品的質量。

4自動上下盤系統

利用PLC控制器用于控制桁架機械手從線盤緩存架或成纜機上抓取線盤，或控制桁架機械手將線盤放置在線盤緩存架或成纜機上，以及控制移動桁架移動至線盤緩存架或成纜機處。通過PLC控制器對移動桁架和桁架機械手的定位控制實現線盤緩存架和成纜機之間的全自動送盤、上盤和下盤動作，全程無需人工參與，極大地降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。

5數據采集技術

加工過程全程原材料及成品使用自動稱重、射頻技術和可移動藍牙掃描技術自動采集加料和產出數據，保證了基礎數據的準確性、及時性和完整性，又解決了人工稱重、人工輸入數據效率低下及人為錯誤的問題。使用計米器配合數據分析，采集長度數據，重現生產過程，快速計算設備產能。

6張力控制

導體束絞時，必須給單絲和芯線施加張力，且每根施加張力要均勻，張力過大容易出現單絲拉細、拉斷;張力過小，單絲容易跳絲，節(jié)距不均勻，結構不緊湊。張力不均勻會導致束絞導體上單絲呈蛇形[5]。張力的調節(jié)，需要根據絞線設備及放線架的情況現場而定。張力同心控制裝置可自動跟蹤檢測調節(jié)張力，保持與牽引同步運行，同心度可達到95%。

7生產過程控制系統

為解決低煙無鹵阻燃電纜智能制造關鍵技術，分別采用自動識別技術、傳感器技術、加工設備聯網技術等采集方式對產品制造過程數據進行采集，并通過工業(yè)以太網將采集到的數據實時上傳至數據庫。自動識別技術包括 RFID 技術、 條形碼技術等， RFID 和條形碼技術兩者相結合將生產計劃所涉及到的信息進行標識，主要采集物料及物料狀態(tài)信息、人員信息、設備信息、零件加工信息、質量信息等以實現生產過程可視化。

8結論

通過對產品的關鍵制造技術進行了設計改進使生產出來的產品可經受環(huán)境溫度下工頻電壓試驗5kV，5min不擊穿，在明火燃燒的情況下，移走火源，≤12s 自動熄滅，產品通過鎧裝或銅帶屏蔽電纜，允許彎曲半徑不低于電纜外徑的12倍;拉伸強度≥34～49MPa ;Izod沖擊強度≥186～330J/m，有效提高產品質量，使該產品可敷設在室內、隧道內及管道中，廣泛應用于各類人員密集活動場所。對電纜設備進行智能化改造，采用智能改造設備和控制系統，實現對生產狀態(tài)信息的采集，可有效提高產品的質量及生產效率，使生產效率提高35%以上。該項目智能化生產技術在整個行業(yè)領域都處于先進水平。

綜上，本文研究內容的實施實現對生產狀態(tài)信息的采集，可有效提高產品的質量及生產效率。符合節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展要求，有著得天獨厚的競爭優(yōu)勢，有著較好的市場前景。

參考文獻：

[1]張飛.無鹵阻燃電纜吸水性能測試方法探討[J].通信電源技術，2019，36（04）：266-267.DOI：10.19399/j.cnki.tpt.2019.04.121.

[2]張定根，劉干偉，鄔浩奇.淺談無鹵低煙阻燃電纜的工藝結構與阻燃性能[J].中國安全防范認證，2017（05）：14-17.

[3]李磊.大截面高壓電纜導體結構設計選型[J].電線電纜，2021（04）：41-43+46.DOI：10.16105/j.cnki.dxdl.2021.04.012.

[4]張靈軍，楊紅軍.FEP絕緣特種電纜擠出工藝之探索[J].世界有色金屬，2021（02）：136-138. [5]張保家，楊濤，張有信，王凌鵬.基于模糊PID的微細金屬絲拉拔張力控制研究[J].現代制造工程，2021（10）：107-113.DOI：10.16731/j.cnki.1671-3133.2021.10.016.

作者簡介：張雅堃，女、漢族、安徽省霍山縣，出生于1989年3月，工程師，碩士研究生，常州先進制造技術研究所。