400型雙捻機(jī)的技術(shù)分析

王暉 何方慶

摘 要：進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)代。同樣以長(zhǎng)線材深加工為主的金屬制品行業(yè)同樣呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。在金屬制品行業(yè)中，原先鋼絲繩一般使用的是普通捻股機(jī)進(jìn)線捻制的，傳統(tǒng)的捻股機(jī)機(jī)筒體旋轉(zhuǎn)1周的話，只能出1個(gè)捻距，捻股機(jī)效率一般。為提高生產(chǎn)效率，人們開發(fā)出了雙捻機(jī)，甚至開始考慮三捻機(jī)等更加高級(jí)的設(shè)備。

關(guān)鍵詞：雙捻機(jī);外過(guò)捻;編碼器;位置跟隨;485通訊;伺服電機(jī)

一、雙捻機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)

雙捻機(jī)的基本原理是筒體機(jī)身旋轉(zhuǎn)一周，捻制出2個(gè)捻距的繩子或者股子，雙捻機(jī)的效率是捻股機(jī)的2倍。雙捻機(jī)的一般主體結(jié)構(gòu)就是搖籃筒體部分。采用雙捻機(jī)進(jìn)線捻股生產(chǎn)，具有速度快，效率高，設(shè)備占用場(chǎng)地小，捻成的股或者繩子質(zhì)量好。當(dāng)然，雙捻機(jī)生產(chǎn)對(duì)于制繩用的鋼絲的穩(wěn)定性要求極高，對(duì)于捻成不同類型的股子和繩子，要求的原料鋼絲的應(yīng)力值也有不同的要求。制繩原料鋼絲的穩(wěn)定，取決于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的質(zhì)量控制。因此，各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量控制好的話，就能確保雙捻機(jī)的正常生產(chǎn)，從而提高鋼絲繩的生產(chǎn)效率和綜合成材率。

二、國(guó)外有名的雙捻機(jī)制造商

（1）德國(guó)SKET，SKET公司生產(chǎn)的幾乎所有機(jī)械設(shè)備都很先進(jìn)，它生產(chǎn)了許多各種規(guī)格類型的雙捻機(jī)，法爾勝特鋼公司在2011年進(jìn)口了一批SKET的MSDC7×250型生產(chǎn)膠帶鋼絲繩的內(nèi)放外收的雙捻機(jī)，生產(chǎn)效率和質(zhì)量一直非常穩(wěn)定。

（2）意大利GCR公司，GCR公司是西歐生產(chǎn)設(shè)備制造商的后起之秀，其生產(chǎn)的各類雙捻機(jī)的技術(shù)水平也比較高，技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，因此同樣的，特鋼公司在2007年進(jìn)口了3臺(tái) DTUF630/36盤的大型外放內(nèi)收的雙捻機(jī)，外放內(nèi)收型相對(duì)于內(nèi)放外收型而言，捻制使用的股數(shù)，選擇的余地明顯要大的多。

三、國(guó)內(nèi)設(shè)備制造商的崛起

隨著金屬制品制造業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)一批企業(yè)都能獨(dú)立設(shè)計(jì)生產(chǎn)各種雙捻機(jī)了，其中法爾勝泓昇重工就能生產(chǎn)400，500，630等系列雙捻機(jī)。下面重點(diǎn)介紹DTB400×7+1的設(shè)備。

這是1臺(tái)外放內(nèi)收，用于生產(chǎn)特鋼膠帶鋼絲繩的雙捻機(jī)（眾所周知，法爾勝特鋼公司，一直是世界最大的膠帶繩生產(chǎn)企業(yè)），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(jī)械阻尼盤及阻尼塊+鏈條的可調(diào)節(jié)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(guò)捻裝置，使用形式：非“8”型繞法，“O”型繞法。d.主機(jī)搖籃部分，搖籃支撐：雙主動(dòng)主軸支撐，使用過(guò)度定位方式，回轉(zhuǎn)體：飛輪形式，鑄鋼件，ZG310-570，調(diào)質(zhì)熱處理，無(wú)捻制用絞弓，低風(fēng)阻設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)體制動(dòng)：兩套氣動(dòng)碟剎制動(dòng)，氣壓0.5Mpa主機(jī)自帶，回轉(zhuǎn)體過(guò)線輪：槽底直徑55mm/R3，主軸內(nèi)過(guò)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(dòng)力來(lái)源于收線電機(jī)動(dòng)力。

四、DTB400×7+1的電控設(shè)計(jì)

根據(jù)雙捻機(jī)的工作原理，搖籃捻股部分由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)體實(shí)現(xiàn)主捻和扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)捻器實(shí)現(xiàn)過(guò)捻（即完成雙稔）;收線部分為電機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)行和排線部分為電機(jī)速度運(yùn)行;此外還有搖籃電機(jī)控制搖籃翻轉(zhuǎn);冷卻電機(jī)對(duì)機(jī)器內(nèi)部進(jìn)行冷卻。根據(jù)工藝要求，搖籃電機(jī)的速度可以根據(jù)需求改變，外過(guò)捻、內(nèi)過(guò)捻、排線電機(jī)的速度可根據(jù)工藝要求更改系數(shù)進(jìn)行變化且各電機(jī)根據(jù)比例系數(shù)同步運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)還要求具有運(yùn)行控制、工藝參數(shù)設(shè)置、成品長(zhǎng)度計(jì)數(shù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警處理等功能。

（一）電氣硬件配置

通過(guò)結(jié)構(gòu)圖，可以看出本雙捻機(jī)的控制方案。系統(tǒng)核心是使用西門子PLC S7-200SMART，通過(guò)485通訊對(duì)主捻電機(jī)、內(nèi)過(guò)捻電機(jī)、收線電機(jī)、排線電機(jī)進(jìn)行同步控制。外過(guò)捻則由PLC通過(guò)485通訊來(lái)改變電子齒輪比，同步通過(guò)編碼器信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用西門子觸摸屏提供操作界面以及監(jiān)控界面。

（二）各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行控制

a.主機(jī)控制采用開環(huán)速度運(yùn)行，速度給定值有操作工在觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置，而后觸摸屏將速度值給PLC，PLC再轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率值，通訊給主機(jī)變頻器;b.外過(guò)捻控制，外過(guò)捻控制幾乎是整個(gè)電控系統(tǒng)的核心部分。外過(guò)捻采用了交流伺服系統(tǒng)，在雙捻機(jī)的生產(chǎn)工藝中，我們選擇的伺服運(yùn)行模式是位置模式（位置模式使伺服電機(jī)能瞬時(shí)轉(zhuǎn)到需要的位置），設(shè)備啟停時(shí)，外過(guò)捻必須時(shí)刻與主黏電機(jī)保持同步，這影響到鋼絲繩的捻制質(zhì)量;c.內(nèi)過(guò)捻變頻器的速度運(yùn)行要求就低多了，其速度主給定是跟隨主機(jī)的主速度即可;d.收線控制，收線電機(jī)的運(yùn)行方式是帶PG的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式。保持收線張力，牽引送過(guò)來(lái)多少鋼絲繩，收線盤就瞬時(shí)收卷掉，防止鋼絲出現(xiàn)松弛現(xiàn)象;e.排線控制，采用變頻器控制排線電機(jī)的換向。排線瞬時(shí)速度會(huì)與收線實(shí)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(nèi)。

（三）PLC的控制設(shè)計(jì)

根據(jù)雙捻機(jī)的工作要求，控制系統(tǒng)需具備以下功能：a.5臺(tái)主要電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及速度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)都由PLC對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。電機(jī)的同步控制由PLC程序根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算，而后分別控制相應(yīng)的變頻器或者伺服控制器加以實(shí)現(xiàn);b.邏輯控制：系統(tǒng)的邏輯控制由PLC檢測(cè)設(shè)備的各種開關(guān)信號(hào)、傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)，把這些信號(hào)作為PLC程序中關(guān)于啟動(dòng)、停止、各種故障和工作狀態(tài)的條件觸點(diǎn);c.工藝參數(shù)的設(shè)置：各種工藝參數(shù)的設(shè)定、顯示都通過(guò)觸摸屏完成;d.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障顯示：在觸摸屏上顯示各種狀態(tài)參數(shù)，包括各個(gè)電機(jī)的實(shí)際情況以及當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，觸摸屏上必須顯示出系統(tǒng)的故障信息等，以方便客戶的電氣維修工作。

（四）觸摸屏的設(shè)計(jì)

在人機(jī)界面中，我們?cè)O(shè)計(jì)了設(shè)計(jì)了人性化的操作界面。使得特鋼客戶能根據(jù)自己的工藝要求，輸入相應(yīng)的數(shù)值。舉例如下的主畫面。

總之，在對(duì)7盤400型雙捻機(jī)的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，我們感到該裝備的機(jī)械工作原理和工作過(guò)程并沒有新奇之處，但是電氣控制的硬件配置性價(jià)比極高。我們并沒有配置昂貴的DP通訊系統(tǒng)或者西門子的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)，我們充分利用了變頻器及PLC的強(qiáng)大功能完成了雙捻機(jī)的電氣控制要求，顧這種降本節(jié)耗的技術(shù)理念正是值得我們學(xué)習(xí)和努力去實(shí)踐的。

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