浅谈变频器、压力传感器在涂漆漆箱上的使用.pdf

今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application2 0 2 3.5 今日自动化 972 0 2 3 年第5 期2023 No.5我国目前面临有色金属产能过剩，但是有色金属加工业需求不断增长的双重压力，这要求传统制造行业在基础设施建设等方面需要进一步优化，提高产能的同时严把产品质量关，有效降低成本、减少生产浪费的同时提高经济效益。传统的有色金属加工制造业在漆包圆铜线生产过程中，用到的主要原材料有圆裸铜线、聚酰胺酰亚胺绝缘漆等，这两种直材价格都非常贵，比如，圆裸铜线大约是4.5万元/t，聚酰胺酰亚胺绝缘漆大约是2.5万元/t（按近3a 均价统计）。漆包线生产设备当中，生产制造涉及的主要设备叫做“漆箱”，其是使用主循环供漆电机泵，对生产设备流水线中裸铜线进行聚酰胺酰亚胺绝缘漆喷漆涂覆的一种工艺设备。漆箱主要由两台电机泵、一个浮球开关、一个1 kW 加热管、一个机械式温控开关构成。由于漆包线生产设备是自动化流水作业，在漆包圆铜线的生产过程中有一个环节出现问题，就会导致整条设备生产线停下来，聚酰胺酰亚胺绝缘漆供漆喷涂这道工序最为重要，其决定着生产出来的漆包圆铜线产品是合格，还是要做报废处理。1 提出问题在传统的生产设备流水作业过程中，由于主循环供漆泵是开环控制，喷涂绝缘漆时，压力无法自主控制，同时在绝缘漆耗尽后，没有失压报警输出。这两点造成整台设备生产线无法给裸铜线喷涂绝缘漆，使生产出的产品全部报废，很大程度上增加了生产制造成本。而且主循环供漆电机泵长时间无绝缘漆状态下空运转，极易烧坏主循环供漆电机泵。另外，在漆包圆铜线的生产过程中，绝缘漆在裸铜线上的涂覆至关重要，涂覆工序是决定漆包铜线质量好坏的关键工序。如果在绝缘漆涂覆过程中，喷涂绝缘漆的压力不稳定，造成涂覆量不匀或者绝缘漆突然停止喷涂，会导致生产的产品直接报废，给公司带来很大的损失。2 分析问题在传统生产设备中的“漆箱”部分，主要配置涉及到两台0.75 kW 的电机泵、一个220 V1 kW 的加热管、一个浮球控制阀、一个机械式温控开关。“漆箱”设备中一台0.75 kW 的电机泵作为主循环供漆泵，主要作用是将聚酰胺酰亚胺绝缘漆，供给漆包线生产设备流水线上运行的裸铜线喷涂聚酰胺酰亚胺绝缘漆，这台0.75 kW 的电机泵是开环控制，喷涂聚酰胺酰亚胺绝缘漆时，没有任何的压力控制，没有压力检测也没有无聚酰胺酰亚胺绝缘漆故障报警。另一台0.75 kW 的电机泵作为“漆箱”的聚酰胺酰亚胺绝缘漆补给泵，主要作用是将聚酰胺酰亚胺绝缘漆补给到“漆箱”里。“漆箱”设备中只有一个浮球阀，控制补给电机泵的启动和停止，一旦浮球阀出现故障，摘 要由于漆包圆铜线生产过程中的主要设备之一“漆箱”，在运作过程中出现“压力无法控制”“没有失压报警”等故障，导致生产出的不良产品返修或报废等，给企业造成了重大损失。文章就故障原因进行分析，针对查找出的问题，对“漆箱”的基础主电路及控制电路进行了改造，通过变频器、压力传感器将原先的开环控制改造成闭环控制，解决了“压力无法控制”“没有失压报警”等问题，从而保障涂漆“漆箱”的正常运作，极大减少了生产损失。关键词漆箱；变频器；压力传感器中图分类号TU991 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05009703Discussion on the Use of Frequency Converters and Pressure Sensors on Painted Paint BoxesQIAN SujuanAbstractThis article mainly discusses that one of the main equipment in the production process of enameled round copper wire,the lacquer box,has caused significant losses to the enterprise due to faults such as uncontrollable pressure and no pressure loss alarm during operation,resulting in the repair or scrapping of defective products.The fault is analyzed based on the cause of the fault,In response to the identified problems,the basic main circuit and control circuit of the paint box have been modified:the original open-loop control has been transformed into closed-loop control through frequency converters and pressure sensors,solving problems such as pressure cannot be controlled and no pressure loss alarm,thereby ensuring the normal operation of the paint box and greatly reducing production losses.Keywordspaint box;frequency converter;pressure sensor浅谈变频器、压力传感器在涂漆漆箱上的使用钱素娟（广东省技师学院，广东广州510800）今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application98 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.5如浮球阀的触点不闭合，将造成0.75 kW 补给电机泵无法工作，聚酰胺酰亚胺绝缘漆将无法补给到“漆箱”中。当“漆箱”中储备的聚酰胺酰亚胺绝缘漆要用完时，由于浮球阀的触点不闭合，补给电机泵没有及时启动补给聚酰胺酰亚胺绝缘漆，而主循环电机泵是开环控制，没有无聚酰胺酰亚胺绝缘漆压力报警和聚酰胺酰亚胺绝缘漆报警停止运行控制，主循环电机泵依然是正常运行状态，当将“漆箱”中的聚酰胺酰亚胺绝缘漆抽空后，在漆包线生产设备流水线上的裸铜线没有喷涂上聚酰胺酰亚胺绝缘漆，这样会造成生产出来的产品将全部报废的风险。同时当主循环电机泵无聚酰胺酰亚胺绝缘漆情况下空载运行，时间久了会导致电机泵机械密封系统损坏或轴承卡死，严重的还导致电机线圈烧坏，结果就是只能停下整台漆包线生产设备，经过维修重新更换好浮球控制阀、电机泵的机械密封、轴承或电机线圈后，再开启这台漆包线生产设备，即浪费了生产时间和人力，又增加了生产成本。另外一种情况是，如果“漆箱”中的浮球阀触点闭合后无法断开，0.75 kW 补给电机泵将不停地运行，不停地将聚酰胺酰亚胺绝缘漆补给到“漆箱”中，而“漆箱”中没有满箱报警控制，导致聚酰胺酰亚胺绝缘漆溢出漆箱。因为聚酰胺酰亚胺绝缘漆是一种有污染的危化品，所以还要进行特殊的处理才能满足环保要求。这些情况都会给生产企业带来非常大的损失，如绝缘漆的浪费，生产时间的拖延，同时造成了生产成本大幅增加。在供聚酰胺酰亚胺绝缘漆喷涂过程中，聚酰胺酰亚胺绝缘漆的温度是有要求的，所以“漆箱”中的聚酰胺酰亚胺绝缘漆还配有加热装置，在设备厂家原配的“漆箱”设备中，加热装置中只有机械式温控开关通过接通/断开来控制加热管，而没有无聚酰胺酰亚胺绝缘漆的情况下会停止加热控制或报警输出，这样长时间无聚酰胺酰亚胺绝缘漆的情况下，机械式温控开关检测不到加热管超高的温度，就会导致加热管被烧坏，处理办法一般仍是停下漆包线生产设备，等待维修更换加热管后，再次开启整台漆包线生产设备。这样一停一开期间，会有一些漆包圆铜线报废，因为生产出来的产品一旦报废，就意味着圆裸铜线不能再使用了，聚酰胺酰亚胺绝缘漆是一次性的投入使用，一旦喷涂到圆裸铜线上，作为直材在产品上涂覆是无法回收的。前面讲过，圆裸铜线和聚酰胺酰亚胺绝缘漆价格相对比较昂贵，所以原厂家配备的“漆箱”设备常出现以上故障的话，都会给公司造成很大的损失。3 解决问题通过以上这些故障分析，和在漆包圆铜线生产实践过程中发现的这些缺点后，对漆箱主电路以及控制电路进行了改造：给0.75 kW 主循环泵安装了一台 Allen-Bradley PowerFlex40变频器，在变频器的参数 A137（PID）中设定一个工作压力范围。给聚酰胺酰亚胺绝缘漆喷涂管道上安装了一个 Barksdale NNMBER 425H/-22压力传感器，利用管道内流动的聚酰胺酰亚胺绝缘漆产生的压力传递给压力传感器，压力传感器接受到压力后，输出一个420 mA 的信号给变频器，变频器通过控制输出频率，使0.75 kW 主循环电机泵在设定范围内运行，由原来的开环控制改为闭环压力控制。在“漆箱”的聚酰胺酰亚胺绝缘漆补给上，将0.75 kW 补给电机泵去掉，改为2W-200-20AC220V 电磁阀式控制，将去掉的0.75 kW 补给电机泵当做主循环电机泵的备用泵，同时在“漆箱”里装有下限位浮球阀控制和上限位浮球阀控制，两个浮球阀限位控制，上限位浮球阀在绝对控制下限位浮球阀的同时，还可以实现报警输出。如果下限位浮球阀出现故障，改进后的设备会进行以下操作。（1）触点无法闭合，电磁阀没有打开，“漆箱”内没有及时补给聚酰胺酰亚胺绝缘漆的情况下，漆箱内的聚酰胺酰亚胺绝缘漆快被用光时，0.75 kW 主循环电机泵在即将没有聚酰胺酰亚胺绝缘漆的情况下运行，管道内会有空气进入，而管道内由于空气的进入，Barksdale NNMBER 425H/-22压力传感器检测不到压力，这个信号会反馈给 Allen-Bradley PowerFlex40变频器，Allen-Bradley PowerFlex40变频器就会有报警输出，同时在运行几十秒后可以自动停止，在这期间如果能够及时将聚酰胺酰亚胺绝缘漆补给到“漆箱”当中，漆包线生产设备就可以继续运行，这时只要将这一小段时间的漆包圆铜线产品下线报废处理即可。如果报警后没有及时将聚酰胺酰亚胺绝缘漆补给到“漆箱”中，几十秒后自动停止，这样也不会损坏0.75 kW 主循环电机泵的机械密封和轴承。（2）下限位浮球阀闭合后断不开，聚酰胺酰亚胺绝缘漆不停地往“漆箱”里打，聚酰胺酰亚胺绝缘漆到达“漆箱”的上限位浮球阀时，上限位浮球阀输出报警的同时，断开2W-200-20AC220V 电磁阀的供电，停止供给聚酰胺酰亚胺绝缘漆到“漆箱”中。在“漆箱”加热控制中的改进是，去掉了原来的机械式温控开关，在“漆箱”的喷漆管道上安装了 PT100热电阻、YANGMNG XMTG-6812温控表、Allen-Bradley 700-SH50HZ25A 固态继电器，来控制220 V1 kW 加 热 管。Allen-Bradley 700-SH50HZ25A固态继电器通过 Allen-Bradley PowerFlex40变频器的控制接线端子 R1/R2和 YANGMNG XMTG-6812温控表的输出直流电压端子7/8，一起共同控制 Allen-今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application2 0 2 3.5 今日自动化 992 0 2 3 年第5 期2023 No.5Bradley 700-SH50HZ25A 固态继电器的控制端子 A2（-）/A1（+），当 Allen-Bradley PowerFlex40 变 频 器启动后 R1/R2会接通，YANGMNG XMTG-6812温控表设定一个生产工艺温度要求范围，聚酰胺酰亚胺绝缘漆温度在生产工艺温度要求范围之内，加热不启动，当聚酰胺酰亚胺绝缘漆温度在生产工艺温度要求范围外，YANGMNG XMTG-6812温控表会输出一个直流电压，Allen-Bradley PowerFlex40变频器运行后，直流电压通过 Allen-Bradley PowerFlex40变频器的端子 R1/R2接通加热控制。如果 Allen-Bradley PowerFlex40变频器不启动运行、0.75 kW 主循环电机泵故障、或将“漆箱”内的聚酰胺酰亚胺绝缘漆用完后报警停止，加热控制电路同时也会停止，防止220 V1 kW 加热管在没有绝缘漆的情况下烧坏，减少生产损失。4 结束语随着国家制造业崛起，产业结构由中低端向中高端加速迈进的改革需求也不断凸显。持续推进产业结构优化和升级，是提高产业整体素质、推动产业高质量发展的迫切要求。我国制造业发展动力深厚强劲，以供给侧结构性改革作为行动主线，加大产业结构调整的力度，优化产业组织形式，聚焦破除制约制造业质量提升的关键共性技术瓶颈，重点是补齐发展短板，才能有效为国民经济持续快速发展奠定坚实基础。这样就要求制造行业从业人员从职业素养、生产制造工艺、生产设备等多方面入手，学习科学管理方法、导入先进工艺技术等逐步改善，从而确保产品质量的同时高效提高产能，实现利益最大化，推动制造业高质量发展。本次针对“漆箱”设备提出的两方面改造，涉及的变频器、传感器、继电器、温控表等电气设备仅从功能、适用性角度出发介绍功能的实现，不涉及技术实现方面必备电气品牌等信息。经过技改后的喷涂聚酰胺酰亚胺绝缘漆设备“漆箱”，能够按要求在漆包线生产设备使用当中稳定地运行，为漆包圆铜线生产消除了聚酰胺酰亚胺绝缘漆喷涂这部分的故障隐患。在大幅降低了生产成本的同时，也减少了维修的工作量。通过改造涂漆“漆箱”设备，主循环供漆电机泵安装变频器、涂漆管道安装压力传感器，喷涂绝缘漆由原来的开环控制改为闭环控制，这样不仅有了漆箱无绝缘漆失压报警，还减少了电机泵的损坏，同时减少了生产报废产品，节约了生产投入原料，极大降低了生产成本。参考文献1 凯文 亚鲁，克日什托夫 印纽斯基.智能传感器及其融合技术 M.北京：机械工业出版社，2019.2 雅各布.现代传感器手册：原理、设计及应用：第 5 版 M.北京：机械工业出版社，2020.3 王建.变频器使用技术（西门子）M.北京：机械工业出版社，2012.4 满永奎，王旭.通用变频器及其应用：第 4 版 M.北京：机械工业出版社，2020.5 王永平.电子元器件应用基础M.北京：电子工业出版社，2016.6 才家刚.交流电机绕组绕线嵌线和接线工艺：第 5 版 M.北京：机械工业出版社，2023.7 顾林祥，顾正韡，范先华，等.漆包线 PI 油漆涂漆装置：CN201920900763.XP.2019-12-10.8 蔡麟，惠渊.一种涂漆装置：CN109102966AP.2012-12-28.