复合型线缆绞合成型设备电气控制系统设计_张伟峰.pdf

增刊复合型线缆绞合成型设备电气控制系统设计张伟峰（江苏中利集团股份有限公司）摘 要：为满足新型复合型线缆的生产要求，本文提出一种采用分电机控制绞合设备和在线固化成型装置结合实现复合型线缆生产的设计。在使用西门子、汇川 变频器和 电源装置的基础上，设计了具备绞合固化成型的电气控制系统。通过设计调试，较好地完成了新型复合型线缆的生产，通过试制生产验证了本文提出设计的合理性。关键词：固化成型；物联网；变频器 引言新型复合型线缆是金属和非金属材料的结合体，非金属材料需要经过加热固化的工艺过程，文献 介绍线缆绞合工艺是裸线和绝缘电缆导电线芯的主要工艺方法，传统的绞合设备不具备固化成型功能，为完成新的固化成型工艺，需要在传统的线缆绞合设备上设计固化成型装置集成于绞线设备中。鉴于此，本文介绍一种复合型线缆绞合成型生产线设备，该设备的绞笼和牵引采用变频交流电机拖动，驱动装置采用汇川 系列变频器进行矢量控制，固化电源采用一台 系列直流调速器改装扩容，段环境温度控制采用欧姆龙 系列温控表，最终实现绞笼、牵引、固化装置、加热、冷却的单联动及生产线的同步运行、网络连接等控制。根据生产线设备的工艺要求，设计了一种分电机控制绞合设备与在线固化成型装置相结合的生产线的电气控制系统，控制系统采用西门子 系列 与变频器、触摸屏通过以太网连接的统一协调控制系统，从而实现工业化和信息化的融合，远程协助与智能监控，满足现代企业生产管理 系统数据的采集需求。设备的组成及控制系统简介线缆绞合成型设备用于完成金属包覆复合型线缆的绞合、固化定型、冷却过程。线缆绞合成型设备主要由 盘绞笼、盘绞笼、加热固化装置、双轮牵引、行走地轨龙门收线及电气控制系统等组成，如图 所示。图 线缆绞合成型设备 硬件选型.信号统计与 选型本案数字输入 点，数字输出 点，模拟量输入 点，模拟量输出 点；综合分析选择西门子 型号的，绞笼、牵引通过 通讯功能进行精准的控制变频器，同时为生产管理 数据采集提供接口。收排线电气控制选用昆仑通态 寸彩屏和西门子 进行独立控制与主机进行联动，收线采用交流变频电机驱动，设计了张力和速度两种控制模式供生产不同产品选择；排线采用汇川交流伺服控制器和交流伺服电机协调控制，排线位置由西门子 通过高速计数器进行反馈，排线速度根据整机线速度、线盘角度进行自动计算。设有速度、张力、排线节距调节、换向点等功能。.人机界面 选型主操作台和收线处分别设置了 触摸屏，从而方便快捷的提供人机交流，主操作台触摸屏选用昆仑通态 寸彩色，备 个 网口、个 和 个 点对点的通讯接口，块欧姆龙 系列温控表，由触摸屏直接通过 读写数据。该型触摸屏具备物联网功能，配备有 个网卡，一个与 通讯使用，另一个则是无限网卡，与生产车间无线网络连接，从而实现远程调试或手机终端实时监控。另一块触摸屏设置在龙门收线电气技术与经济 技术与应用增刊 处，与西门子 共同控制龙门收线，方便操作人员对龙门收线的参数设置和监控。.通信方式昆仑通态 寸彩色触摸屏、系列、主要部件传动是采用汇川 系列变频器通过 网络进行通讯；触摸屏的无线 与车间现有无线网连接，其作用是远程控制与运维工作。根据文献 介绍，欧姆龙 温控表不支持 通讯，本案选配了 温控表通讯板。文献 介绍了 温控表支持 通讯协议，本案应用触摸屏的通讯接口直接与 温控表进行通讯读写温度值。通讯示意图见图 所示。图 通讯示意图.电机及驱动器选型该产品的关键工艺参数有绞合节距精度、固化反应过程温度曲线及温度的准确性等。为了保证节距的精度，速度的准确性至关重要，对变频电机的性能要求高。本案选择国内先进品牌的交流变频电机，独立风机冷却，编码器反馈。驱动装置采用汇川 系列通用型变频器，通过选配编码器 型 卡进行速度反馈，变频器设置有速度传感器的矢量控制模式，通过选配 通讯卡，来满足线缆绞合线的绞距精度要求。电气图纸设计.分配 绘制系统控制原理图根据信号输入输出分配 数字输入，数字输出见，模拟量输入输出见；输入 是整套线缆绞合成型设备的控制核心器件，控制生产线的逻辑运算、工艺计算、温度控制、仪器通讯，信号采集计算及处理，如图 所示。.变频器控制器图根据汇川 系列交流变频器说明书绘制控制原理图。图 为传动变频器控制原理图。.固化电源装置控制器图根据线缆绞合固化工艺要求，需要在线加载一个低电压大电流的直流电源给产品加热，该电源装置采用 直流调速器改造扩容，降压整流后将直流电源通过电极轮加载到产品上，电流流过线缆绞合金属管产生热量，纤维与树脂在金属管内完成固化工艺。其工艺运算由 完成，并在 监控画面上设定、显示及配方功能的应用。实际加热电流、电压通过隔电气技术与经济 技术与应用 增刊图 控制图图 传动变频器控制原理图电气技术与经济 技术与应用增刊 离板处理后反馈到 模拟量输入端，并在人机界面上进行显示及趋势图记录，方便分析及查询，图 为固化电源装置控制原理图。图 固化电源装置控制原理图 程序设计根据文献 ，本案采用西门子 .进行 程序编写。程序分为同步控制系统、温度控制系统、故障报警及在线检测系统等。.硬件组态根据系统设计的信号类型和功能要求进行硬件组态，如图 所示，打开编程软件创建 该项目，添加 及 模块，安装汇川变频器 文件，组建 网络，网路视图如图 所示，设置参数、地址分配，下载硬件配置。为汇川 系列变频器分配设备 名称以及 地址，将汇川 变频器实际分配的设备名称与硬件组态中为 分配的设备名称一致，设置 的命令源和报文类型。图 设备视图电气技术与经济 技术与应用 增刊图 网络视图.逻辑控制设置开机参数和工艺参数，选择开机模式，单机模式多用于装盘工作，绞笼机身上正反点动方便产品装盘，停机需要立即刹车。单机 联动选择开关在触摸屏上可选，且显示实时状态。触摸屏参数设置画面选择需要使用的部件，由于产品规格需要，两段绞笼具备分别单独工作或同时工作，任意选择功能。准备工作完成后开机，选择联动模式，按下警铃按钮，启动风机等辅助设施，警铃响，警铃结束后 期间可以按下启动按钮，触摸屏上设置启动条件指示，方便操作人员判断操作，全线启动开机超出 的启动期，需要重新启动警铃再开机，其目的是为了确保安全。停车分为正常停机和紧急停机，正常停机与紧急停机的工作方式不同，需要确保停机过程中节距的稳定性。全线点动、全线运行，刹车降到设定的停机速度后使能。固化加热装置设为单联动，单机功能仅供调试使用，联动时按照工艺要求跟踪牵引速度。.绞合节距计算根据文献 的工艺原理编写绞合节距计算程序，线缆绞合成型设备整机运行以牵引为基准，设定目标线速度，启动后牵引根据设定的时间加速到目标速度，笼速度按照绞合节距计算后的速度跟踪牵引运行。图 为节距计算功能块示意图。图 节距计算功能块示意图.固化成型装置的计算新型复合线缆固化成型工艺要求线缆逐渐升到某个温度值后逐渐冷却，与设备形成联动，与线速度存在一个函数关系，根据函数关系编写计算程序，值电气技术与经济 技术与应用增刊 就是解决线速度趋近于零的时候温度不够的问题，值是关键参数值，不同的产品规格需要设置的值不一致，在生产前可以根据工艺计算出大致的 值，然后生产过程中实际情况进行调节。计算程序如图 所示。图 固化加热计算程序 人机界面设计.人机交流界面设计昆仑通态 寸彩色触摸屏采用最新版本的 .编程软件进行编程设计，本案设计了启动画面、系统参数设置、配方画面、报警画面等，设备上所有操作功能键、数据给定、数值监控，与仪表通讯控制，远程终端、手机监控，远程调试与服务等功能，集中分部式监控方式为设备操作、维护带来方便快捷。画面制作完成后，还需要对画面中的元间进行变量连接，在 .编程软件中进入设备窗口，在设备工具箱找到通用 父辈设备，将其拖拽进入设备窗口，然后在设备窗口双击它，并设置本地 地址.和远程.；在设备工具中将 拖拽到设备窗口中通用 父辈下，双击 进入变量连接窗口，将触摸屏要与 交换的数据进行变量连接。图 为主屏监控画面。根据文献 和文献 的介绍，昆仑通态触摸屏与西门子 采用的是 通讯方式，还需要设置 属性，常规选项中的防护与安全的连接机制里面勾选“允许来自远程对应的 通讯访问”，触摸屏便可与 顺利进行数据读写。图 监控画面电气技术与经济 技术与应用 增刊.远程协助功能参数设置触摸屏 具备物联网功能，可通过无线通讯方式，远程调试和操作。和 通讯两种方式可选，本案选择 型，具有远程上传下载触摸屏工程、更新触摸屏运行环境、远程监控触摸屏画面、穿透等功能。安装好触摸屏 天线后，触摸屏启动时点击触摸屏任意点，进入“系统设置，网络设置 网卡的、掩码、网关、；远程监控还需要在安卓手机中安装“调试助手.”后，实现通过手机对物联网触摸屏进行远程调试、应用和 应用。.与欧姆龙 温控表通讯设置触摸屏与温控表通讯程序编写，先添加通用串口设备，依次添加设备 到设备，设置通讯参数如图 所示。图 温控表设备连接通讯参数设置完成触摸屏与温控表通讯参数后，要进行变量连接，连接好表的通讯状态，当通讯中断时进行警报，增设两个 位二进制通道，分别是 读取表的实测温度和 向仪表写入设定温度，各段温度控制由 温控表单独完成，如图 所示。图 温控表的变量连接电气技术与经济 技术与应用增刊 设备调试首先检查线路安装是否与设计图纸一致，确保线路连接准确无误后便可通电调试，检查 输入输出点信号是否正确，包括各类启动停止信号、报警信号、保护信号、风机相序、温度控制等，程序单机动作正确，完成变频器、直流电源装置及温控表的参数设置。根据汇川变频器说明书、系列 扩展卡说明书 设置变频器参数。然后进行单机运行，牵引机、绞笼各部件分别进行空转试车。产品调试中选择了试制了 芯新型复合型线缆，绞向选择左向，起 点 背 景 温 度 设 定，实 测，凝绞背景设定温度，实测，终点背景设定温度，实测，冷却段设定温度，实测，固化加热装置调试出现电流电压不稳定现象，经检查分析为与线缆连接的电极轮及碳刷接触不良，对电极轮机构进行改进，采用水银滑环替代了传统的碳刷，再次试车有非常明显改善，继续调整固化加热装置电压环、电流环参数减小 值，最终稳定达到要求，设定固化成型装置固化系数 值.、值.，固化成型电压实测.，固化成型电流，设定线速度 ，实测.，产品下线，经过检验产品各项工艺参数满足要求。结束语通过多次试制多规格新型复合型线缆，产品性能测试合格，绞合节距和固化成型温度曲线等都达到产品工艺要求，说明本设计研究满足新型复合型线缆的连续批量生产的要求。同时，可实现工业化和信息化的融合以及远程协助与智能监控，满足现代企业生产管理 系统数据的采集需求，减少了运维的人员流动。参考文献 段礼才，黄文钰，徐善海.西门子 编程及使用指南 北京：机械工业出版社，年.欧姆龙 温控表使用说明书.王卫东.电缆工艺技术原理及应用 北京：机械工业出版社，年.昆仑通态 彩色触摸屏说明书.汇川变频器说明书、系列 扩展卡说明书.（收稿日期：）（上接第 页）头，避免二次重刀，可保证产品质量，提高生产效率，并延长刀具的使用寿命。结束语相比较而言由进给误差引起的长度误差最小，而剪切刃角度误差包括它所引起的直线度所导致的长度误差相对较小，另外必要的波动调整所产生的随机误差也较大。送料装置的安装和使用不当造成的误差是最大的，出现不同问题时应及时排查故障点，分析原理、制定调整维修方案，避免造成材料出现质量问题所带来的材料损失和影响维修效率的提高。（收稿日期：）电气技术与经济 技术与应用