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基于PLC300的技术改造

1743

6

2021-10-22 12:27:32

1、设备现场工况

框绞机是一种将成品单丝绞合程大截面多层次的电缆,广泛运用于电线电缆行业。我们单位主要用框绞机生产高性能铝导线。铝导线一般裸线,但对于出口的特殊产品,需要在裸导线的基础上覆饶一层或多层半导电尼龙带,防止交联内屏嵌入到导体缝隙里面。现有设备已经投产多年,如果不新增设备覆饶膜机构生产的裸导线收到盘具上二次覆饶的情况,一会增加二次倒盘的运输加工成本,二会存在二次倒盘时影响产品的各项检验性能指标。通过增加同步覆饶膜机构能有效的降低各项成本,提升产品的一次加工附加值,提高设备自动化集成程度。

   框绞机电气自动化控制系统由1组西门子S7-300PLC、4组西门子S7-200PLC,丹弗斯变频器,西门子HIM TP1200精智面板控制设备等控制器及驱动器构成,如图1。西门子控制器通过PROFIBUS现场总线连接丹弗斯变频器、西门子S7-200PLC、西门子HIM TP1200精智面板组网。丹弗斯变频器完全通过PROFIBUS通讯控制。4个西门子S7-200PLC安装在旋转的宽体内作为从站通过滑环及PROFIBUS中继器连接到主站西门子S7-300PLC。具体硬件组态图如图1。

 


                              如图1  硬件组态图

2、覆饶膜机构技术要求

   覆饶膜机构要求同步、联动于框绞机,包括转速、启停、故障反馈、加减速时间等;覆饶膜节距可调、覆饶效果良好;操作简洁高效;安全防控措施有效。

3、改造方案

综合考虑成本条件同时结合内部技术力量,选择覆饶膜机构裸机。裸机包括一台电机、一个覆饶头、一个机架,一台履带牵引机,其中电机带抱闸功能,防止在停机时受外力作用引起绕包头选装,导致覆饶面错位。现场控制面板及端子排根据现场实际情况进行现场配置。机械方面自行设计哈佛模、前后井字支架等。

裸机整机控制面板。履带牵引机属于覆饶膜机构的一部分,能够压实包覆。覆饶过程会增加收线张力,履带牵引机能够通过履带的牵引力有效降低增加的收线张力,减轻收线符合。

    控制器用原有的西门子S7-300PLC CPU314C-2DP。数字量模拟量输入输出点使用控制器富余点。这样有利于降低成本,利于实现同步控制。变频器选用西门子G120PM240-2,其性能优异,同功能变频器中性价比高;直流控制器选用派克590P型,派克590P型在制造业广泛使用,现场适应能力强,故障率低,对直流电机的控制性能好,操作简单方便。

现场控制面板要求设置抱闸、正反转、联动选择、停车、旋钮,整机点动及备用旋钮。抱闸旋钮实现停机时电机抱紧,防止绕包头转动。正反转旋钮满足覆饶膜顺时针及逆时针工艺选择要求。联动选择实现覆饶膜机构现场准备完成投入使用,作为一个前提条件使用,同时处于工艺安全需要,需要员工现场确认好方可投入系统。整机点动方便员工现场调试使用。

 4、覆饶膜机构同步控制设计

(1)、流程图

在控制程序中增加PC13功能块,当覆饶膜机构投入使用,整机启动的前提条件是整机包括覆饶膜机构无报警无故障处于准备好的状态。覆饶膜机构投入使用要满足触摸屏及覆饶膜机构现场选择联动旋钮的投入,二者是串联关系。然后读取牵引的转速转换为覆饶膜电机转速,通过模拟量输出到G120控制器控制电机转速,触摸屏设置转速系数,以满足工艺微调需要。具体控制流程如图2。

 

图2 控制流程图

(2)、I/O分配表

从成本及控制的角度出发、在控制器触点富余的情况下,选择用原有控制器及其输入输出点。根据现场PLC情况具体选用了一下I/O,其具体功能如表1。

序号

   

数据类型

   

地址

   

注释

   

1

   

Bool

   

I124.1

   

绕包头刹车输入

   

2

   

Bool

   

I124.2

   

绕包头联动/单动输入

   

3

   

Bool

   

I126.5

   

整机点动输入

   

4

   

Bool

   

I126.6

   

正常停机输入

   

5

   

Bool

   

I124.4

   

变频器故障输入到PLC

   

6

   

Bool

   

Q17.4

   

绕包头电机抱刹输出

   

7

   

Bool

   

Q17.5

   

绕包头G120启动输出

   

8

   

Bool

   

Q124.3

   

履带牵引直流控制启动输出

   

9

   

Word

   

PQW752

   

绕包头转速信号

   

10

   

Word

   

PQW754

   

履带牵引转速信号

   

表1 I/O分配表

(3)、控制程序

程序段1:DB26.DBX100.0为触摸屏联动开关,M20.4、M20.5位框绞机的整机点动启动信号。当触摸屏和现场操作面同时选择联动时,读取牵引信号转化成绕包头型号。整机启动信号作为覆饶膜机构的启动信号。

 

程序段2:变频器故障及现场手动刹车信号汇总到整机准备信号,做到故障整机联动。

 

程序段3和4:DB26.DBX101.1为履带牵引触摸屏启动选择,DB26.DBX122.0为触摸屏联动选择。履带牵引可以选择单动和联动,联动后同样取牵引速度进行转换,单动则直接给定一个速度。

 

程序段5:履带牵引的启动条件为整体启动条件,整机准备完成才能启动。

 

(4)、HMI界面及现场操作面板

     HMI界面设置在原有的牵引界面上进行设置。设置了覆饶膜机构的联动单动选择、微调系数。

 


图3 HMI界面设计


 

图4 现场操作面板

5、同步控制现场调试

(1)、现场调试遇到的问题

在现场调试过程中遇到一些问题:绕包头的速度微调控制系数捕捉困难;覆饶膜的前后搭接宽度效果不好,不满足工业要求;绕包头抱闸控制错误;履带牵引直流调速器一直以低速运行,速度不可控。

(2)、问题的解决方案

    调试过程中遇到的问题最终总结下来分两类:一类是对于新设备及新工艺的了解不够深入,没有可参考的实际案例,导致相关经验不足;另一类是现场接线人员的技能水平和经验欠缺造成的。绕包头的速度微调控制系数捕捉通过多次尝试及微调找到一个相对合理的值,在整机开起来后在根据覆饶膜成型效果上下微调,最终确定其系数。而对于覆饶膜的前后搭接宽度效果不好的问题,在其后摸索过程中发现,搭接宽度除了和绕包头转速有关万,还和半导电尼龙带盘具的夹紧的松紧程度有关。较松时搭接宽度小且覆饶松散杂乱;过紧时搭接宽度会因为半导电尼龙带释放不充分,圆周速度小,导致搭接宽度小。绕包头抱闸控制原理是两档选择选择开关,PLC输出抱闸接常闭触点,手动抱闸接常开点,检查发现使用了两个常开触点。履带牵引直流调速器经过从输出模拟量、直流调速器给定及反馈、接线排查,最终发现是启动信号接到了点动上,导致履带牵引一直以5%的速率运行。

(3)、调试运行效果

    正常运行时,覆饶膜机构能满足框绞机各个速度的匹配,半导电尼龙带覆饶效果良好,满足最初的设计要求,裸导体从单丝到绞合再到覆饶最后收盘实现一次设备工序完成,降低了10%的制造成本。

6、总结

    在基于原有框绞机设备及西门子PLC控制系统的基础上,增加覆饶膜机构,在设计过程中最核心的是新旧设备同步控制及相关安全性能的考虑。在本案例中充分结合原有框绞机条件,以较低成本实现设备工序的延续。通过读取框绞机牵引线速度、框绞机的启动准备、启停信号转换为覆饶机构的速度及控制信号,同时覆饶机构的报警启停、报警信号融入到原系统中实现同步控制。充分考虑操作界面和操作面板的友好型及设备安全性能,使覆饶膜机构操作简洁高效,安全防护措施齐全、有效。设计改造实施使铝裸导线成功覆饶半导电尼龙带,降低生产成本,提高设备自动化程度。


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