可編程控制器+觸控屏用于籠絞分電機傳動

嚴旭東

（重慶鴿牌電線電纜有限公司，重慶 401120）

0 引言

籠絞機是線纜生產企業常用的絞線、成纜設備，傳統籠絞機一般采用單電機地軸傳動，絞籠、繞包、牽引機配用多擋變速箱完成有限級絞距、繞包節距線纜產品的絞線、成纜。其電氣控制系統簡單、成本較低，但存在機械傳動系統復雜，設備絞距、繞包節距規格有限且相對固定不可調整等缺點。

1臺閑置的（1+6）/400型籠絞主機，為節省設備投資盤活閑置資產，決定以可編程控制器+觸摸控制屏人機界面結合變頻驅動器以分電機傳動方式對，其進行技術改造。改造后要求絞籠、繞包、牽引機及驅動電機轉速、計米長度、成纜線速等設備運行參數可實時在觸控屏上顯示；絞距、繞包節距、成纜直徑等工藝參數可任意在觸控屏上顯示、設置、修改；設備操作及維護方便、直觀，能較好滿足生產需求。

1 分電機驅動控制的實現方式

牽引電機轉速由設備運行速度總給定電位器給定，給定轉速經A/D轉換再結合牽引機各擋位對應速比、牽引輪直徑、成纜直徑等參數在可編程控制器中計算出實時成纜線速，以成纜線速為基準參數，再根據繞包節距、繞包各檔位對應速比和成纜絞距、絞籠速比等參數，由可編程控制器分別計算出繞包電機和絞籠電機對應實時工作轉速參數并經D/A轉換后控制各變頻器驅動電機執行。其中牽引機、繞包機擋位；成纜絞距、繞包節距、成纜直徑參數在人機界面觸摸控制屏上輸入，與擋位對應的牽引機、繞包機速比等參數在可編程控制器編程時直接寫入程序中對應擋位進行調用。驅動控制流程見圖1，（1+6）/400籠絞機各部傳動速比見表1。

2 技術改造

2.1 硬件配置

4極交流電機，絞籠11 kW、繞包4 kW、牽引4 kW；可編程控制器選用臺達DVP20EX200T,DVP08XN211T模擬型主機及數字輸入輸出擴展模塊；觸摸控制屏選用7英寸威綸MT6071IP觸摸控制屏；變頻器使用閑置設備上拆下的安川F7變頻器（15 kW的1臺，3.7 kW的2臺）。

2.2 I/O端子分配（圖2）

圖1 分電機驅動控制流程

表1 （1+6）/400籠絞機各部傳動速比

開機前確認絞籠裝盤正確、牢固、線盤頂錐安全鎖定裝置可靠鎖定。繞包機由于可編程控制器及觸摸控制屏的運用，電控系統硬件布局及接線比較簡單。

在實際運用中發現，跟蹤牽引電機轉速的模擬量輸入從安川F7變頻器AC，FM端子獲取存在停機狀態下沒有輸出，觸摸屏各轉速參數不顯示“****”字樣，不便于設備速度的調整和操作。經實測AC，FM端子輸出轉速反饋電壓跟AC，A1端子電壓同步，為此，將跟蹤牽引電機轉速的模擬量輸入從AC，FM改接到AC，A1端子，改接后即使在停機狀態下觸摸屏也可以實時顯示設備當前給定速度下各部分對應的速度參數值，可以直觀了解設備當前給定速度、擋位下，絞籠和繞包速度是否速度超限。

3 可編程控制器控制程序

根據設備控制要求及擬定的思路對可編程控制器控制程序進行編寫、仿真、驗證及修改，最終完成各步主要程序。

（1）初始化程序（圖3）。

圖2 I/O端子分配

圖3 可編程控制器初始化程序

圖4 模擬通道設定及點動速度運算程序

（2）模擬通道設定及點動速度運算（圖4）。

（3）成纜線速運算（圖5）。

（4）繞包速度運算（圖6）。

（5）絞籠速度運算（圖7）。

（6）長度計米及修正（圖8）。

（7）同步延時控制（圖9）。

4 觸摸控制屏（人機界面）

人機界面程序的編寫在考慮界面直觀、醒目的同時，充分考量各可設置參數的修改、設定狀態條件和可能發生的誤操作，在界面編寫時對可能發生的錯誤狀態下的操作進行屏蔽，例如，檔位的設定，繞包、絞籠的投切等必須在停機狀態下操作，運行狀態下操作不響應。

圖5 成纜線速運算程序

圖6 繞包速度運算程序

（1）接通電控柜面板操作電源開關，觸摸控制屏完成初始化后進入開機界面（圖10）。點擊屏幕任意地方進入設備運行監控界面（圖11）。

（2）為防止誤操作造成計米值非正常復位丟失生產計米長度，“計米復位”必須在設備停機狀態下且長按“計米復位”按鈕5 s以上，系統才會將計米值清零復位。

（3）擋位設置需在停機狀態下設置方能生效，并且確認設置擋位跟實際檔位一致。

（4）點擊人機界面下方“參數設置”按鈕，進入設備“參數設置”界面（圖12）。根據工藝要求輸入“成纜節距”、“繞包節距”、“成纜直徑”等工藝參數，根據生產需求對各部分進行投、切及旋轉方向設定。節距及成纜直徑參數在設備運行中可實時調整以取得最佳效果，各部份投、切及旋轉方向設定須在停機狀態下長按相應按鈕2 s以上才能完成設定。

圖7 絞籠速度運算程序

（5）因設備絞籠轉動慣量大，繞包機機械未設置停機制動裝置，造成設備在運行速度較高的情況下，停機時各部分不能同步停止。對此，在控制程序上分別對牽經機和絞籠作分速段延時停機控制，延時時長在同步設置界面中設置。在參數設置界面中點擊“同步設置”按鈕進入“同步設置”操作界面（圖13）。同步延時時間單位為0.1 s，設備在啟動5 s后同步延時控制程序生效，停機時牽引機和絞籠按界面上分速段延時時間表進行延時停機。設備啟動后5 s內停機則延時程序不起作用。

（6）在參數設置界面中點擊“長度設置”，可設置到米自動停機長度值。“計米系數”主要用于修正計米誤差，（計米系數＝實測長度值/設定長度值）。一般計米誤差不大的情況下設為1.000，人機交互界面顯示情況如圖14所示。

（7）為防止操作人員隨意調整“計米系數”造成計米不準確，點擊“計米系數”進行修改前，系統提示需要輸入權限密碼。輸入權限密碼后點擊確定獲得修改權限，可對“計米系數”進行修改。獲得權限后，進入“報警畫面”，點按報警界面左下角空白處5 s以上后，彈出極限參數設置隱藏畫面（圖15）。

圖8 長度計米及修正程序

圖9 同步延時控制程序

在該極限參數設置界面上可設定絞籠和繞包頭極限轉速及點動速度，若超過設定值設備自動停機并告警提示（速度超限時若絞籠或繞包頭處于切除狀態，監控界面上速度數值會變色提示，但不會停機和觸發報警）。點動轉速設定是對牽引電機點動轉速進行設定，絞籠及繞包點動時轉速按點動時牽引線速和成纜、繞包節距、成纜直徑，經計算后的轉速運行。（點動速度設定好后，需將牽引機安川F7變頻器中的d1-17點動頻率指令參數按點動頻率＝（點動速度÷1440）×50進行設定）。

（8）點擊人機界面“操作畫面”按鈕，進入設備“操作”界面（圖16）。

設備“啟動”、“點動”、“停止”可以在人機界面上操作，也可以在控制柜面板、并線模座、繞包機防護罩上的按鈕進行操作。控制柜面板及收線機控制箱設有帶自鎖蘑菇頭“急停”按鈕，當“急停”按鈕按下后設備停機，人機界面會出現告警提示，此時設備啟動及點動都被禁止無響應，順時針轉動帶自鎖蘑菇頭“急停”按鈕進行復位后告警消除，設備才可以進行正常的啟、停和點動。

為方便絞籠裝盤，避免絞籠剎車油泵電機長時間工作過熱損壞，設備點動結束后“絞籠剎車”自動啟動并開始運行計時，10 min內再次“點動”計時清零重新開始；若計時超過10 min，剎車油泵電機自動停止。設備啟動時自動先將絞籠剎車油泵復位停止。

（9）人機界面“剎車”及“收線”2個按鈕實時顯示絞籠剎車及收線機工作狀態，同時也具備手動操作功能（按下按鈕2 s以上，可在自動和手動運行2個狀態下切換），“故障復位”可用人機界面及控制柜面板上的“故障復位”按鈕復位，該按鈕主要用于3臺變頻器故障及外部電機熱繼電器保護動作后的故障復位，人機界面出現“外部故障”告警時，需在停機狀態下并且相應故障排除后，按“故障復位”按鈕才能完成故障復位，設備恢復到正常工作狀態。

圖10 開機界面

圖11 設備運行監控界面

圖12 參數設置界面

圖13 同步設置界面

圖14 長度設置界面

（10）為防止事故發生，設備運行時“放線架升”“放線架降”操作無效，需在設備停機狀態下操作。放線架的升、降操作可以在觸摸屏“操作畫面”上、控制柜面板按鈕上操作也可以在放線架上的按鈕盒上操作。

（11）點擊人機界面“報警畫面”按鈕，進入設備報警窗口（圖17）。設備出現報警時，在“監控畫面”、“參數設置”、“操作畫面”標題欄上出現滾動報警提示，如果此時點擊“報警畫面”打開報警窗口，會詳細列出報警時間、報警內容并自動保存以備查看。故障排除后若需刪除故障記錄，選中相應故障記錄后，點擊“報警清除”按鈕即可刪除。

圖15 極限參數設置界面

圖16 設備操作界面

圖17 報警界面

（12）點擊人機界面“退出系統”按鈕，人機界面返回至開機畫面。

5 改造效果

設備技術改造完成后，經實際生產使用驗證，設備操作、維護方便，運行參數直觀；設備成纜絞距、繞包節距等工藝參數設定、修改方便，并且在運行中可根據實際絞合、繞包情況進行實時微調、修正取得最佳效果；同步延時時間根據實際停機情況設定后，能實現較好的停機同步；設備運行限速安全有效。設備技術改造達到預期效果。