水箱拉絲機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周海波,熊 巍

(長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,武漢 430212)

1 水箱拉絲機(jī)簡(jiǎn)介

我國(guó)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(kāi)放以來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,金屬制品行業(yè)在設(shè)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(jìn)步。目前,全國(guó)金屬制品企業(yè)超過(guò)了600家,生產(chǎn)能力超過(guò)了 300萬(wàn)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(jī)也叫拔絲機(jī)、拉線機(jī),是在金屬制品行業(yè)中使用很廣泛的機(jī)械設(shè)備。我國(guó)的拉絲機(jī)以老式滑輪拉絲機(jī)為主,兼有雙卷筒式、直進(jìn)式、活套式、調(diào)諧輥直線式、組合式及各種水箱拉線機(jī)等[2]。水箱拉絲機(jī)是目前我國(guó)最先進(jìn)的一種拉絲機(jī),廣泛應(yīng)用于鋼絲、制繩絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、標(biāo)準(zhǔn)件等金屬制品的生產(chǎn)和預(yù)加工處理。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊奏,占地面積小,拉拔密集度高,鋼絲在拉拔過(guò)程中無(wú)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可以進(jìn)行高速拉拔,因拉拔過(guò)程是在冷卻潤(rùn)滑液中進(jìn)行,鋼絲的冷卻及潤(rùn)滑條件很好,質(zhì)量得到保證。常用水箱拉絲機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 水箱拉絲機(jī)電氣控制系統(tǒng)

水箱拉絲機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要包含人機(jī)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(jī)電氣控制系統(tǒng)中人機(jī)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(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)速,水箱拉絲機(jī)運(yùn)行速度由牽引變頻器給定作為速度基準(zhǔn),收線電機(jī)按比例跟隨牽引電機(jī)運(yùn)行,并結(jié)合張力傳感器信號(hào)進(jìn)行微調(diào);PLC與變頻器、觸摸屏通過(guò)通訊連接統(tǒng)籌整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

圖2 水箱拉絲機(jī)電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 水箱拉絲機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 人機(jī)界面

本系統(tǒng)人機(jī)界面選用深圳步進(jìn)科技有限公司生產(chǎn)的eV iew M T4300CE觸摸屏,該品人機(jī)界面產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)有著較高知名度,且性價(jià)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(jī)界面通過(guò)其RS232通訊口與PLC連接通訊,人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要完成水箱拉絲機(jī)控制系統(tǒng)速度顯示及設(shè)置、牽引收線電機(jī)運(yùn)行參數(shù)顯示、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)顯示、報(bào)警顯示等功能。

系統(tǒng)速度設(shè)置與顯示和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等直接使用人機(jī)界面的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)功能,與 PLC的數(shù)據(jù)寄存器對(duì)應(yīng),顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)值或者對(duì)默寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容進(jìn)行更改。

牽引、收線電機(jī)運(yùn)行參數(shù)顯示也是運(yùn)用人機(jī)界面的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)功能,顯示PLC與變頻器通訊所讀取的電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù),如電流、頻率、轉(zhuǎn)速等。

報(bào)警顯示功能可直接使用人機(jī)界面的報(bào)警宏功能,設(shè)定報(bào)警信息的位寄存器以及其具體的報(bào)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(fù)責(zé)人機(jī)界面與變頻器之間的信息交流,同時(shí)也負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的邏輯控制和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)運(yùn)算處理。其I/O分配如表2所示。

表2 水箱拉絲機(jī)控制系統(tǒng)I/O分配表

本系統(tǒng)因使用人機(jī)界面,故在設(shè)計(jì)故障報(bào)警功能時(shí),將停止指示與故障報(bào)警指示做了集成設(shè)計(jì),當(dāng)系統(tǒng)無(wú)故障且停止時(shí)紅色指示燈常亮;當(dāng)系統(tǒng)有故障時(shí)紅色指示燈閃爍,具體故障可通過(guò)人機(jī)界面的故障顯示頁(yè)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(chǎng)操作人員通過(guò)人機(jī)界面給定后經(jīng)PLC數(shù)據(jù)處理程序運(yùn)算后給定至變頻器。同時(shí)變頻器反饋實(shí)際運(yùn)行參數(shù)到PLC,再由PLC將數(shù)據(jù)發(fā)送至人機(jī)界面顯示。

產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)信號(hào)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)米傳感器,其連接至PLC的高速計(jì)數(shù)口10.0,在設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算,將計(jì)米信號(hào)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際產(chǎn)量,并顯示在人機(jī)界面上。因機(jī)械設(shè)備間存在一定差異,故在設(shè)計(jì)人機(jī)界面程序時(shí)我們?cè)O(shè)置有產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)系數(shù)調(diào)整功能,可以由管理人員或設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)系數(shù)進(jìn)行微調(diào)。

2.2.3 變頻器

本系統(tǒng)共使用兩臺(tái)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(guò)通訊給定,拖動(dòng)牽引電機(jī)對(duì)鋼絲進(jìn)行拉拔,其部分參數(shù)設(shè)置如表3所示。收線變頻器速度給定來(lái)自于兩方面,一方面來(lái)自于牽引變頻器的模擬輸出,按設(shè)定比例跟隨牽引電機(jī)運(yùn)行;另一方面來(lái)自于收線變頻器內(nèi)部根據(jù)張力傳感器信號(hào)的PID調(diào)節(jié)。收線變頻器部分參數(shù)設(shè)置如表4所示。

表3 牽引變頻器參數(shù)設(shè)置

表4 收線變頻器參數(shù)設(shè)置

在設(shè)計(jì)收線變頻器特別參數(shù)時(shí)應(yīng)注意42組參數(shù)設(shè)置,內(nèi)部PID調(diào)節(jié)后的補(bǔ)償速度直接影響著鋼絲成品質(zhì)量,若此組參數(shù)設(shè)置不當(dāng),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(shè)置僅作為參考,實(shí)際設(shè)定值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整,而且由于設(shè)備間的差異,同一車間內(nèi)的不同設(shè)備此值也很可能不同。

3 總結(jié)與展望

目前國(guó)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(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距,在拉絲機(jī)主機(jī)、輔助設(shè)備、潤(rùn)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(duì)我國(guó)金屬制品行業(yè)的實(shí)際情況,單純追求先進(jìn)的大型、高速拉絲機(jī)是不切合實(shí)際的,也不可取;對(duì)于拉絲機(jī)的設(shè)計(jì)者和制造廠家來(lái)說(shuō),工作的重點(diǎn)應(yīng)放在設(shè)計(jì)、制造運(yùn)行可靠、操作、維護(hù)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率較高的拉絲機(jī)[2]。

水箱拉絲機(jī)作為一種成熟的拉絲設(shè)備,在國(guó)內(nèi)有著廣闊的市場(chǎng)前景。在當(dāng)前形勢(shì)下我們拉絲機(jī)設(shè)計(jì)者應(yīng)盡快開(kāi)發(fā)利用各種PLC和變頻器組合的水箱拉絲機(jī)控制系統(tǒng),以取代目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)金屬制品廠家所采用的普通滑輪式拉絲機(jī),使我國(guó)的金屬制品行業(yè)的裝備水平和制品質(zhì)量盡快趕上國(guó)際先進(jìn)水平。

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

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