高速鋁及鋁合金大拉機組的研制

高速鋁及鋁合金大拉機組的研制

隨著電線電纜產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，標(biāo)準導(dǎo)電材料銅的供應(yīng)非常稀缺。在過去兩年中，國內(nèi)外銅的價格急劇上升，而另一種導(dǎo)電材料的銅價格相對穩(wěn)定。因此，市場對鋁和鎂材料的需求日益增長，對鋁和鎂材料的制造要求越高。我廠從20世紀90年代初開始研制高速鋁及鋁合金大拉機組,通過新技術(shù)引進,引入新的設(shè)計思想和理念,目前,我廠生產(chǎn)的高速鋁及鋁合金大拉機成為拉制其線材的關(guān)鍵設(shè)備之一,它具有運行速度高,拉制線材表面質(zhì)量好,高效節(jié)能等優(yōu)點。PLC是將計算機技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的產(chǎn)品,已成為工業(yè)控制的標(biāo)準設(shè)備,應(yīng)用于工業(yè)自動化控制中。用PLC做控制系統(tǒng)核心,成本較低,穩(wěn)定性很高,程序編寫調(diào)試方便,但PLC在人機對話、故障判斷、在線修改等方面有一些不便,需要對編程非常熟悉的專業(yè)人員進行操作。而且,PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計、驗證和調(diào)試需要仰仗實物模型進行模擬試驗,這種方法效率低、成本高、不安全。同時,PLC控制系統(tǒng)還需要許多的輸入、輸出點來支持,這也是一般實物模型或模擬軟件所不能達到的。如果要想達到仿真的目的,可以利用在工業(yè)控制中經(jīng)常使用的人機界面,它的特點是可以隨心所欲地設(shè)計出各種用來模擬靜止的、運動的輸入、輸出設(shè)備;可以畫出所想要的場景;并且它還提供寄存器、可編子程序集、定時器、計數(shù)器等供用戶使用。因此,借助于人機界面能方便、快捷地為PLC控制系統(tǒng)建立一個仿真模型,以驗證、調(diào)試所開發(fā)的程序。利用人機界面串行口與PLC通信,對高速鋁及鋁合金大拉機組進行實時控制,可實現(xiàn)對各種信號的監(jiān)測以及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理,共同組成生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng),有利于提高設(shè)備運行的可靠性和利用率。1統(tǒng)恒張力收線高速鋁及鋁合金大拉機組由拉線主機、張力儲線器、雙盤收線機及拉絲潤滑油循環(huán)系統(tǒng)等組成。拉線主機由兩臺直流電機分別驅(qū)動,可實現(xiàn)快速換模;張力儲線器控制收線張力,實現(xiàn)全系統(tǒng)恒張力收線;雙盤收線機由收線裝置、排線裝置、托盤裝置、氣動系統(tǒng)和機身電器控制系統(tǒng)等組成,兩線盤為平列式布置,由兩臺直流電機分別驅(qū)動,氣動升降上下線盤,氣動夾緊和放松線盤,氣路中備有壓力控制器,當(dāng)壓力低于設(shè)定值時,不能開機或自動停機。收線從空盤到滿盤自動調(diào)速,實現(xiàn)恒張力收線。排線盤邊距調(diào)節(jié)用同步電機控制,可實現(xiàn)不停機調(diào)節(jié)。換盤電機用直流電機直接啟動,換盤由定長信號控制從左到右(或從右到左)自動換盤或由操作者手動換盤,人工上下線盤。剎車系統(tǒng)用氣動控制碟形剎車盤。圖1為高速鋁大拉機系統(tǒng)流程圖。2蒙古國的設(shè)計2.1拉伸鼓輪主電機與牽引定速輪電機速度匹配根據(jù)拉伸理論,拉伸過程中產(chǎn)生極少數(shù)金屬粉屑,體積變化可以忽略,可以認為拉伸前后金屬單位時間通過模孔的體積相等,在拉伸配模過程中,由于線材的磨損存在,要保證正常拉伸就要保證每一級相對前滑系數(shù)τ為1.015～1.04,因此,拉伸鼓輪主電機和牽引定速輪電機速比的控制非常重要,它不僅同牽引定徑模和定徑模前一個模具直徑有關(guān),且與定徑模前一個模具的所在位置有關(guān),還與每級鼓輪的機械傳動比和所需要控制的滑動系數(shù)等有關(guān)。高速鋁及鋁合金大拉機的拉線主機與牽引裝置分別由直流電機獨立傳動,拉線模具從前到后依次排列共有13個模具,當(dāng)變換線規(guī)格時,只需更換定徑模直徑就可變換拉線規(guī)格。根據(jù)高速鋁及鋁合金大拉機拉伸工藝要求,在配模已知的情況下,各級拉線速度匹配有如下簡易公式:V2=(D1÷D2)2×V1÷τ,其中V2為定徑模出線速度,V1為定徑模前一道模出線速度,D1為定徑模前一道模具的直徑,D2為定徑模模具的直徑,τ為拉伸鼓輪相對前滑系數(shù)(1.015～1.04),因此拉伸鼓輪主電機與牽引定速輪電機速度匹配就可根據(jù)上式計算得出。圖2為兩電機速度匹配流程圖。2.2雙盤收線控制系統(tǒng)雙盤收線機是按高速鋁及鋁合金大拉機組中連續(xù)收線,自動換盤不停機設(shè)計的。雙盤收線機共有15個控制按鈕,26個檢測點,共41個作為輸入點;執(zhí)行元件22個,其中電磁閥12個,其它執(zhí)行元件10個;PLC選用西門子S7-200系列進行控制?？刂葡到y(tǒng)的PLC用到數(shù)字I/O模塊,負責(zé)對定長、計長、速度等數(shù)據(jù)的實時采集,對設(shè)備的運行狀況檢測,通過輸出調(diào)整各個動作的協(xié)調(diào)性,用于控制左盤、右盤、排線、換盤及報警和警告等開關(guān)量、模擬量的輸出。系統(tǒng)采用STEP7-Micro/WIN32V4.0SP3編程軟件,根據(jù)工藝流程及控制系統(tǒng)的要求,用梯形圖方式進行編程。圖3為雙盤收線機PLC流程圖。編程方式主要分為4部分:手動調(diào)節(jié),自動調(diào)節(jié),故障自診斷及邏輯輸出程序。手動調(diào)節(jié)用于設(shè)備調(diào)試,自動調(diào)節(jié)用于設(shè)備正常運行,故障自診斷顯示故障。由于許多動作重復(fù)使用,將相同動作對應(yīng)放置,防止編程混亂。流程圖中A與B在系統(tǒng)運行過程中循環(huán)使用,直到人為停機或出現(xiàn)故障自動停機。根據(jù)多次現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗,總結(jié)出雙盤收線控制系統(tǒng)常會出現(xiàn)以下幾種類型故障:(1)氣路故障,導(dǎo)致故障不能復(fù)位,系統(tǒng)不能運行。(2)電器檢測元件故障,檢測元件不到位或元件損壞。(3)收線機換盤時收線張力不穩(wěn),收線過松過緊,導(dǎo)致故障發(fā)生。(4)左盤運行時,右盤檢測不到信號警告使用者。在換盤時,警告還不消除,即出現(xiàn)故障,系統(tǒng)停機;反之亦然。在故障發(fā)生時,系統(tǒng)通過PLC檢測將故障信息顯示在人機界面上,并發(fā)出光報警信號,提醒維護人員進行維修。3組態(tài)軟件的選擇人機界面的作用是對控制系統(tǒng)的監(jiān)視和管理,如根據(jù)檢測結(jié)果顯示出警告或故障?？紤]該系統(tǒng)控制信號和檢測點比較多,通過人機界面?zhèn)鬟f信息簡單,出于性價比等方面的考慮,選用SIEMENSTP270人機界面,組態(tài)軟件使用SIEMENSProtoolV6.0。該系統(tǒng)人機界面主要分為初始信息傳遞、警告與故障顯示報警及狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)處理三個部分。PLC系統(tǒng)檢測所有的輸入信號,根據(jù)動作要求進行邏輯判斷,給出故障或警告,通過三色燈提醒現(xiàn)場工作人員進行現(xiàn)場處理,同時在觸摸屏上顯示故障位置及相應(yīng)解決辦法,故障解除以后系統(tǒng)才能正常運行。圖4為人機界面的工作流程示意圖。4plc與設(shè)備界面設(shè)計高速鋁及鋁合金大拉機