水箱拉絲機電氣控制系統(tǒng)設計

周海波,熊 巍

(長江工程職業(yè)技術(shù)學院,武漢 430212)

1 水箱拉絲機簡介

我國的金屬制品行業(yè)分別從屬于冶金、輕工、石油、煤炭、化工、林業(yè)、漁業(yè)等部門[1]。改革開放以來,隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展,金屬制品行業(yè)在設備、工藝技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和品種等方面有了較大的進步。目前,全國金屬制品企業(yè)超過了600家,生產(chǎn)能力超過了 300萬t/年;其中能生產(chǎn)中、高碳鋼絲、鋼繩的企業(yè)有150多家;金屬制品的品種約有80種。

拉絲機也叫拔絲機、拉線機,是在金屬制品行業(yè)中使用很廣泛的機械設備。我國的拉絲機以老式滑輪拉絲機為主,兼有雙卷筒式、直進式、活套式、調(diào)諧輥直線式、組合式及各種水箱拉線機等[2]。水箱拉絲機是目前我國最先進的一種拉絲機,廣泛應用于鋼絲、制繩絲、預應力鋼絲、標準件等金屬制品的生產(chǎn)和預加工處理。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊奏,占地面積小,拉拔密集度高,鋼絲在拉拔過程中無扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可以進行高速拉拔,因拉拔過程是在冷卻潤滑液中進行,鋼絲的冷卻及潤滑條件很好,質(zhì)量得到保證。常用水箱拉絲機主要由牽引、收線、水箱等組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水箱拉絲機結(jié)構(gòu)圖

2 水箱拉絲機電氣控制系統(tǒng)

水箱拉絲機電氣控制系統(tǒng)主要包含人機界面、PLC、變頻器三大部分,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 系統(tǒng)控制原理

水箱拉絲機電氣控制系統(tǒng)中人機界面主要用于系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示和系統(tǒng)速度給定;變頻器只進行簡單的調(diào)速,水箱拉絲機運行速度由牽引變頻器給定作為速度基準,收線電機按比例跟隨牽引電機運行,并結(jié)合張力傳感器信號進行微調(diào);PLC與變頻器、觸摸屏通過通訊連接統(tǒng)籌整個系統(tǒng)的運行。

圖2 水箱拉絲機電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 水箱拉絲機電氣控制系統(tǒng)設計

2.2.1 人機界面

本系統(tǒng)人機界面選用深圳步進科技有限公司生產(chǎn)的eV iew M T4300CE觸摸屏,該品人機界面產(chǎn)品在國內(nèi)有著較高知名度,且性價比較高。其主要特性如表1所示。

表1 eV iew MT4300CE觸摸屏性能

人機界面通過其RS232通訊口與PLC連接通訊,人機界面設計主要完成水箱拉絲機控制系統(tǒng)速度顯示及設置、牽引收線電機運行參數(shù)顯示、產(chǎn)量統(tǒng)計顯示、報警顯示等功能。

系統(tǒng)速度設置與顯示和產(chǎn)量統(tǒng)計等直接使用人機界面的數(shù)據(jù)對應功能,與 PLC的數(shù)據(jù)寄存器對應,顯示相應的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)值或者對默寫數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容進行更改。

牽引、收線電機運行參數(shù)顯示也是運用人機界面的數(shù)據(jù)對應功能,顯示PLC與變頻器通訊所讀取的電機實時運行參數(shù),如電流、頻率、轉(zhuǎn)速等。

報警顯示功能可直接使用人機界面的報警宏功能,設定報警信息的位寄存器以及其具體的報警內(nèi)容。

2.2.2 PLC

本系統(tǒng)PLC選用的是西門子S7-200系列PLC,它是本系統(tǒng)核心,負責人機界面與變頻器之間的信息交流,同時也負責整個控制系統(tǒng)的邏輯控制和產(chǎn)量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)運算處理。其I/O分配如表2所示。

表2 水箱拉絲機控制系統(tǒng)I/O分配表

本系統(tǒng)因使用人機界面,故在設計故障報警功能時,將停止指示與故障報警指示做了集成設計,當系統(tǒng)無故障且停止時紅色指示燈常亮;當系統(tǒng)有故障時紅色指示燈閃爍,具體故障可通過人機界面的故障顯示頁面查詢。

PLC與變頻器之間采用MODBUS通訊連接,系統(tǒng)速度有現(xiàn)場操作人員通過人機界面給定后經(jīng)PLC數(shù)據(jù)處理程序運算后給定至變頻器。同時變頻器反饋實際運行參數(shù)到PLC,再由PLC將數(shù)據(jù)發(fā)送至人機界面顯示。

產(chǎn)量統(tǒng)計信號來自現(xiàn)場的計米傳感器,其連接至PLC的高速計數(shù)口10.0,在設計PLC程序時內(nèi)部進行數(shù)據(jù)運算,將計米信號的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成實際產(chǎn)量,并顯示在人機界面上。因機械設備間存在一定差異,故在設計人機界面程序時我們設置有產(chǎn)量統(tǒng)計系數(shù)調(diào)整功能,可以由管理人員或設計者對產(chǎn)量統(tǒng)計系數(shù)進行微調(diào)。

2.2.3 變頻器

本系統(tǒng)共使用兩臺變頻器,分別為牽引變頻器和收線變頻器,均為ABBACS550系列變頻器,兩者之間僅存在功率上的差異。其中牽引變頻器為37kW,收線變頻器為3kW。

牽引變頻器速度由PLC通過通訊給定,拖動牽引電機對鋼絲進行拉拔,其部分參數(shù)設置如表3所示。收線變頻器速度給定來自于兩方面,一方面來自于牽引變頻器的模擬輸出,按設定比例跟隨牽引電機運行;另一方面來自于收線變頻器內(nèi)部根據(jù)張力傳感器信號的PID調(diào)節(jié)。收線變頻器部分參數(shù)設置如表4所示。

表3 牽引變頻器參數(shù)設置

表4 收線變頻器參數(shù)設置

在設計收線變頻器特別參數(shù)時應注意42組參數(shù)設置,內(nèi)部PID調(diào)節(jié)后的補償速度直接影響著鋼絲成品質(zhì)量,若此組參數(shù)設置不當,很容易造成收線斷絲以及收線排布不均等現(xiàn)象。所以此參數(shù)表內(nèi)42組參數(shù)設置僅作為參考,實際設定值應根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整,而且由于設備間的差異,同一車間內(nèi)的不同設備此值也很可能不同。

3 總結(jié)與展望

目前國內(nèi)金屬制品行業(yè)的總體技術(shù)水平和裝備水平,與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距,在拉絲機主機、輔助設備、潤滑技術(shù)、線材生產(chǎn)、拉絲模質(zhì)量等方面還比較落后。面對我國金屬制品行業(yè)的實際情況,單純追求先進的大型、高速拉絲機是不切合實際的,也不可取;對于拉絲機的設計者和制造廠家來說,工作的重點應放在設計、制造運行可靠、操作、維護簡單、生產(chǎn)效率較高的拉絲機[2]。

水箱拉絲機作為一種成熟的拉絲設備,在國內(nèi)有著廣闊的市場前景。在當前形勢下我們拉絲機設計者應盡快開發(fā)利用各種PLC和變頻器組合的水箱拉絲機控制系統(tǒng),以取代目前國內(nèi)大多數(shù)金屬制品廠家所采用的普通滑輪式拉絲機,使我國的金屬制品行業(yè)的裝備水平和制品質(zhì)量盡快趕上國際先進水平。

[1]謝仕柜.金屬制品行業(yè)技術(shù)進步及存在的差距[J].金屬制品,1991,(3).

[2]信息部.我國拉絲機現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].環(huán)球資訊,2009,(12).