淺析基于西門子S7–300的擠鉛機控溫系統優化

翁劍

摘要：淺析基于西門子PLC、溫控儀、電驅動比例閥等控制元件，優化改進擠出機的加熱與冷卻控制系統。實現減少用工崗位、減少人工作業不良、完成歷史數據的周期保存與可追溯，保障生產過程穩定性和產品品質的提升的需求。

關鍵詞：擠鉛機、溫控自動化、西門子PLC

引言

金屬擠鉛機作為海纜生產過程中的重要組成部分，決定海纜成品的阻水性能。國產主流擠鉛機，控溫冷卻部分仍為手工控制，存在一定的質量隱患與不可追溯。得益于由于PLC控制系統、電子元器件的升級，以及暖通與制冷行業，流量精準控制這一技術的成熟運用，使得擠鉛控溫這一部分智能化控制，具備實現的可能性。

工作原理

螺桿式擠鉛機工作原理與擠塑機類似，首先鉛錠借助于加熱系統高溫融化，通過特殊管道將熔融的鉛液導流至機身后，逐步降低溫度，改變鉛液形態，利用主機螺桿旋轉推力，把半凝固狀鉛液，推送出機頭，經工裝模具成形，形成電纜表面金屬包覆層。

鉛狀態的轉換，主要來源于溫度控制?？販胤譃榧訜岷屠鋮s兩部分。加熱主要依賴于控制加熱管的工作與否實現，而當前的冷卻主要依靠人為手動調節機身冷卻水的大小，來匹配溫度控制需求，存在很大的風險，一旦溫度波動較大，容易造成停機或者厚度不足甚至漏包等致命的缺陷。

控制系統分析

工藝要求

恒溫 溫差過大，能夠引起鉛管壁厚變化。

恒壓 擠出壓力恒定，保證鉛層厚度的均勻。

恒速 鉛層厚度的一致性。

控制難點分析

過程最大的難點在于在啟動降溫過程中，隨著螺桿轉速的提升，帶來大量的熱能，增加了對控制的難度。

生產過程：溫度控制要求整機控制在一個相對穩定的范圍內，即溫度波動控制在≤5℃。

手工的控溫方式存在著如下缺陷：

對操作人員的技術要求高，需要經1～2年以上的磨合，才能獨立上機操作;

操作人員工作、精神壓力大，必須實時關注溫度，隨時準備調節;

調節精度低。

系統設計

加熱部分設計思路 保留傳統溫控儀表，利用固態繼電器取代交流接觸器，主要是考慮降低故障率的同時，保留便于維修的優點。PLC故障排查專業性較強，目前部分溫控儀表，采用PID模式控制，精度控制模式滿足實際使用需求?？紤]到溫度控制的重要與有效性，增加與儀表間的數據通訊，定時采樣保留數據，形成歷史曲線，便于故障分析與追溯。通過失效模式分析，增加部分關鍵點的測溫，保障實際溫度控制的精度與有效性。防止個別元器件失效造成的質量異常。

冷卻部分設計思路 保留手動控制部分，增加自動控制支路;形成冗余設計，雙備份，應對調試期間的缺陷以及突發故障的臨時切換。冷卻自動控制部分，主要采用電動比例閥，主要依靠溫控儀表根據實時溫度，反饋梳理電流驅動信號的輔助輸出觸點，驅動比例閥?？紤]維修便利的同時，減少投資費用。通過控制比例閥的通斷程度，控制冷卻介質的流量，最終實現自動控溫。

硬件選型與組成

PLC的選型

PLC控制系統設計的基本原則：

盡可能滿足被控對象的控制需求;

在滿足控制要求的前提下，力求系統簡單、經濟、使用及維修方便。

系統的安全、可靠。

考慮生產的發展和工藝的改進，選擇PLC的型號、I/O點數和存儲器容量等內容時，留有適當的余量，偏于后期的系統調整和擴充。

溫控儀表

主要參考平時使用習慣以及設備本身需求功能，量程控制在：0～ 500℃;控溫方式：P.I.D調節。雙回路控制，帶485通訊功能即可。

冷卻元件的選型

電動溫控閥是流量調節閥在溫度控制領域的典型應用，其基本原理：通過控制（冷）媒入口流量，以達到控制設備溫度。當實際與設定值不一致時，通過改變閥門開啟度調節流量，使溫度恢復至設定值，選型主要依據管徑、控制儀表驅動信號源來選擇。

控制設計

結合硬件配置，系統控制相對簡單。設計硬件選配：PLC電源模塊、可編程控制器、輸入模塊、輸出模塊、AI模塊等;

利用儀表的通訊接口，與PLC進行485通訊，形成歷史數據的存儲，同時增加的幾組利用PLC的AI模塊，進行溫度的監視，主要在于防止儀表控制失效或者測溫單元不準時的二次監視。有利于生產過程控制。

利用西門子S7編程軟件或博途，進行編譯。（如圖1數據通訊、圖2溫度監視控制）

實際運行效果及后期優化方向

內部改進優化后，溫度實際控制精度±2.5℃，遠超原先手工控制精度。運行反饋良好，溫度控制歷史數據的保存與可追溯，實現了設備運行狀態的追溯，為設備預知保養，提供了一定數據基礎。后期可以進一步優化部分，如水冷系統的精度可以通過增加PLC功能模塊，實現雙PID精準控制;一鍵啟動，自動按照手工、時間操作順序運行，減少個人操作經驗不同帶來的不良等。

參考文獻

廖常初. S7–300/400 PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2016.

劉華波，何文雪，王雪.西門子S7–300/400 PLC編程與應用[M].北京：機械工業出版社，2015.