400型雙捻機的技術分析

王暉 何方慶

摘 要：進入二十一世紀，我國的國民經濟進入了高速發展的時代。同樣以長線材深加工為主的金屬制品行業同樣呈現出蓬勃發展的態勢。在金屬制品行業中，原先鋼絲繩一般使用的是普通捻股機進線捻制的，傳統的捻股機機筒體旋轉1周的話，只能出1個捻距，捻股機效率一般。為提高生產效率，人們開發出了雙捻機，甚至開始考慮三捻機等更加高級的設備。

關鍵詞：雙捻機;外過捻;編碼器;位置跟隨;485通訊;伺服電機

一、雙捻機的工作原理和基本結構

雙捻機的基本原理是筒體機身旋轉一周，捻制出2個捻距的繩子或者股子，雙捻機的效率是捻股機的2倍。雙捻機的一般主體結構就是搖籃筒體部分。采用雙捻機進線捻股生產，具有速度快，效率高，設備占用場地小，捻成的股或者繩子質量好。當然，雙捻機生產對于制繩用的鋼絲的穩定性要求極高，對于捻成不同類型的股子和繩子，要求的原料鋼絲的應力值也有不同的要求。制繩原料鋼絲的穩定，取決于各個生產環節中的質量控制。因此，各個環節質量控制好的話，就能確保雙捻機的正常生產，從而提高鋼絲繩的生產效率和綜合成材率。

二、國外有名的雙捻機制造商

（1）德國SKET，SKET公司生產的幾乎所有機械設備都很先進，它生產了許多各種規格類型的雙捻機，法爾勝特鋼公司在2011年進口了一批SKET的MSDC7×250型生產膠帶鋼絲繩的內放外收的雙捻機，生產效率和質量一直非常穩定。

（2）意大利GCR公司，GCR公司是西歐生產設備制造商的后起之秀，其生產的各類雙捻機的技術水平也比較高，技術實力較強，因此同樣的，特鋼公司在2007年進口了3臺 DTUF630/36盤的大型外放內收的雙捻機，外放內收型相對于內放外收型而言，捻制使用的股數，選擇的余地明顯要大的多。

三、國內設備制造商的崛起

隨著金屬制品制造業的迅猛發展，國內一批企業都能獨立設計生產各種雙捻機了，其中法爾勝泓昇重工就能生產400，500，630等系列雙捻機。下面重點介紹DTB400×7+1的設備。

這是1臺外放內收，用于生產特鋼膠帶鋼絲繩的雙捻機（眾所周知，法爾勝特鋼公司，一直是世界最大的膠帶繩生產企業），a.放線裝置是工字輪裝載式，分固定式和穿軸式。放線上配置了機械阻尼盤及阻尼塊+鏈條的可調節方式，從而保證了放線張力的恒定。b.合線與壓模裝置。合線輪的四周均布1+6+12，圓周輪槽底直徑250mm，合線輪底徑85mm，淬火硬度58～62HRC。c.外置伺服過捻裝置，使用形式：非“8”型繞法，“O”型繞法。d.主機搖籃部分，搖籃支撐：雙主動主軸支撐，使用過度定位方式，回轉體：飛輪形式，鑄鋼件，ZG310-570，調質熱處理，無捻制用絞弓，低風阻設計，回轉體制動：兩套氣動碟剎制動，氣壓0.5Mpa主機自帶，回轉體過線輪：槽底直徑55mm/R3，主軸內過線輪可按捻向與軸線有刻度偏移±12度。排線裝置：光桿排線，GP30，排拒按GP30本身性能，動力來源于收線電機動力。

四、DTB400×7+1的電控設計

根據雙捻機的工作原理，搖籃捻股部分由主電機驅動飛輪旋轉體實現主捻和扭轉伺服電機驅動過捻器實現過捻（即完成雙稔）;收線部分為電機轉矩運行和排線部分為電機速度運行;此外還有搖籃電機控制搖籃翻轉;冷卻電機對機器內部進行冷卻。根據工藝要求，搖籃電機的速度可以根據需求改變，外過捻、內過捻、排線電機的速度可根據工藝要求更改系數進行變化且各電機根據比例系數同步運行。同時系統還要求具有運行控制、工藝參數設置、成品長度計數、設備狀態監測、故障報警處理等功能。

（一）電氣硬件配置

通過結構圖，可以看出本雙捻機的控制方案。系統核心是使用西門子PLC S7-200SMART，通過485通訊對主捻電機、內過捻電機、收線電機、排線電機進行同步控制。外過捻則由PLC通過485通訊來改變電子齒輪比，同步通過編碼器信號來實現。使用西門子觸摸屏提供操作界面以及監控界面。

（二）各個電機的運行控制

a.主機控制采用開環速度運行，速度給定值有操作工在觸摸屏上進行設置，而后觸摸屏將速度值給PLC，PLC再轉換為相應的頻率值，通訊給主機變頻器;b.外過捻控制，外過捻控制幾乎是整個電控系統的核心部分。外過捻采用了交流伺服系統，在雙捻機的生產工藝中，我們選擇的伺服運行模式是位置模式（位置模式使伺服電機能瞬時轉到需要的位置），設備啟停時，外過捻必須時刻與主黏電機保持同步，這影響到鋼絲繩的捻制質量;c.內過捻變頻器的速度運行要求就低多了，其速度主給定是跟隨主機的主速度即可;d.收線控制，收線電機的運行方式是帶PG的閉環轉矩控制模式。保持收線張力，牽引送過來多少鋼絲繩，收線盤就瞬時收卷掉，防止鋼絲出現松弛現象;e.排線控制，采用變頻器控制排線電機的換向。排線瞬時速度會與收線實際速度保持一定的比例，從而保持工字輪上的鋼絲排距在允許范圍之內。

（三）PLC的控制設計

根據雙捻機的工作要求，控制系統需具備以下功能：a.5臺主要電機的啟動、停止、正轉、反轉以及速度的動態調節都由PLC對變頻器進行控制，從而實現電機的控制。電機的同步控制由PLC程序根據工藝參數計算，而后分別控制相應的變頻器或者伺服控制器加以實現;b.邏輯控制：系統的邏輯控制由PLC檢測設備的各種開關信號、傳感器信號實現，把這些信號作為PLC程序中關于啟動、停止、各種故障和工作狀態的條件觸點;c.工藝參數的設置：各種工藝參數的設定、顯示都通過觸摸屏完成;d.設備狀態監測和故障顯示：在觸摸屏上顯示各種狀態參數，包括各個電機的實際情況以及當設備出現故障時，觸摸屏上必須顯示出系統的故障信息等，以方便客戶的電氣維修工作。

（四）觸摸屏的設計

在人機界面中，我們設計了設計了人性化的操作界面。使得特鋼客戶能根據自己的工藝要求，輸入相應的數值。舉例如下的主畫面。

總之，在對7盤400型雙捻機的設計制造過程中，我們感到該裝備的機械工作原理和工作過程并沒有新奇之處，但是電氣控制的硬件配置性價比極高。我們并沒有配置昂貴的DP通訊系統或者西門子的以太網通訊系統，我們充分利用了變頻器及PLC的強大功能完成了雙捻機的電氣控制要求，顧這種降本節耗的技術理念正是值得我們學習和努力去實踐的。

參考文獻：

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