電纜生產(chǎn)線控制系統(tǒng)分析與設(shè)計

1 引言

現(xiàn)在電纜工業(yè)具有復雜、規(guī)模大、高速、高效的特點，因而對生產(chǎn)自動化提出了越來越高的要求。隨著半導體集成電路大規(guī)模的發(fā)展，電線 設(shè)備從早期的分立元件構(gòu)成的簡單邏輯線路系統(tǒng)，發(fā)展到CPU數(shù)字化平臺的智能化儀表和計算機構(gòu)成的獨立控制系統(tǒng)。目前大多數(shù)采用IPC和PLC及智能儀表 等自動化控制技術(shù)集成控制生產(chǎn)線的流程線。

本文研討通過張力信號控制電機的轉(zhuǎn)速，使電纜生產(chǎn)線上電線的張力接近為零。

2 生產(chǎn)工藝問題分析

我們采用的電纜生產(chǎn)過程為：為保證擠塑機機筒內(nèi)塑料溫度恒定，設(shè)備采用水、風同時冷卻方式。當機頭擠出塑料溫度、光澤、速度合適時，啟動生產(chǎn)線。在聯(lián)動控制 狀態(tài)下，放線機、擠塑機、牽引機、收線機的運行速度能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和生產(chǎn)經(jīng)驗自動調(diào)整，以達到張力合適，穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。裸銅墻鐵壁線經(jīng)過擠塑機機 頭后被塑封上均勻的塑料，測徑后經(jīng)水槽冷卻至40～60℃，通過風機吹干去掉電線上的水珠后印字。

系統(tǒng)控制目標為：電線前張力，電線后張力，擠塑機速度，電線線徑，點運動速度，冷卻水溫度，冷卻水箱液位，擠出機冷卻水壓力等。

3 電線生產(chǎn)主線控制模式

3.1 電線生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

恒線速度恒張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)用以牽引機的速度為全線的基準速度，實現(xiàn)前后張力分段。收盤機為卷取張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，放盤機為開卷機張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，前后張力方向相反。 擠塑機的速度應(yīng)跟隨電線的牽引速度，同時也受線徑的擾動調(diào)節(jié)。擠塑機溫度控制分四段獨立控制，也受線速度的影響。水冷卻系統(tǒng)采用水箱與水槽循環(huán)水溫度控制 方案。卷盤的自動排線系統(tǒng)采用以線速度、卷徑、線徑作為變量控制電機。整個系統(tǒng)用PLC控制啟動和停止。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電纜生產(chǎn)線采用PLC控制整個系統(tǒng)的運行，用變頻器來控制牽引機，DSC直流調(diào)速裝置用來控制卷取機，收卷機和擠塑機，通過PLC在生產(chǎn)過程中進行采集控制變頻器和DCS，從而實現(xiàn)生產(chǎn)線的啟動，升速降速與運行。系統(tǒng)因些而可靠易于操作。

圖1 電線生產(chǎn)線設(shè)備及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)開卷機的工作。開卷機由DCS400控制，形成一個張力、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，它按照牽引機速度進行調(diào)節(jié)。開卷機張力給定，張力反饋信號和開 卷機電流、張力雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)成了開卷機的調(diào)速系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)的進行，開卷機上的銅線盤半徑不斷減小，相應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速必須逐漸增大才能保持電線上的張力 恒定，但實現(xiàn)裸銅線的線圈半徑檢測很困難于是我們采用電纜張力負反饋，這樣根據(jù)張力反饋信號的大小來調(diào)節(jié)開卷機的轉(zhuǎn)速，在整個過程中開卷機隨著牽引機的速 度轉(zhuǎn)動，從而使電纜張力保持恒定，如圖2所示。

圖2 開卷機工作原理

(2) 牽引機的工作原理。牽引機[1.2]是一個大慣性環(huán)節(jié)，通過變頻器來控制其啟動、調(diào)速和停車，用它來提供基速，開卷機、卷取機和擠塑機跟隨牽引機的速度運 行，從而才能保證電線的速度恒定，從而電線上的張力很小，牽引機的速度給定電壓通過一個比例調(diào)節(jié)器加在擠塑機的速度給定端，作為擠塑機的速度給定信號;這 個信號決定了塑料的流速，從而決定了電線的線徑的粗細，因而牽引機的速度必須保持基本恒定，對于不同的線徑，通過變頻器施加相應(yīng)的給定，通過高度以滿足生 產(chǎn)所需電線直徑的線速度。但這個信號與線徑檢測儀輸出的線徑信號之間形成一個大滯后的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)線徑回控的難度相當大。

圖3 牽引機工作原理

3.2 電線生產(chǎn)的總體工作過程

先啟動開卷電機及在給定段加一個微電壓給定，讓生產(chǎn)線上的電線有一定的微張力;再啟動擠塑機，即將牽引機的 電壓給定通過一個比例運算器用DCS400實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定端，使擠塑機先穩(wěn)定運行下來，同時擠塑機中的熱電阻朋電，上料器中的塑料也 隨溫度的升高而開始溶化;牽引機接著啟動，采用變頻器控制調(diào)速，對于不同規(guī)格的線徑采用相對立的電壓給定信號，電線越粗牽引機速度越小，相應(yīng)的給定電壓也 越小，卷取機最后啟動，也是由DCS400實現(xiàn)張力、電流雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)，從而集中保持電線上的張力恒定。卷取機和開卷機形成了獨立的控制系統(tǒng)。

4 PLC電氣控制

電纜生產(chǎn)線中采用PLC來控制開卷機、牽引機、卷取機和擠塑機的啟動、運行和停車。

PLC裝置采用西門子S7系列。

PLC1中I0.1為生產(chǎn)線啟動信號，I0.2為生產(chǎn)線停止信號。

PLC2中I0.1控制旋轉(zhuǎn)方向，I0.2為緊急停車信號，I0.3為故障信號，I0.4為斜率選擇信號，I0.5為固定速度1信號，I0.6為固定速度信號2信號。

梯形圖如圖4所示。

圖4 梯形圖

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)詳細論述了電纜生產(chǎn)線的工作流程核心自動化問題和所用設(shè)備，同時敘述了電纜生產(chǎn)線生產(chǎn)的原理及過程。