高速鋁及鋁合金大拉機(jī)組的研制

高速鋁及鋁合金大拉機(jī)組的研制

隨著電線電纜產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)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(jià)格急劇上升，而另一種導(dǎo)電材料的銅價(jià)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(jì)90年代初開始研制高速鋁及鋁合金大拉機(jī)組,通過新技術(shù)引進(jìn),引入新的設(shè)計(jì)思想和理念,目前,我廠生產(chǎn)的高速鋁及鋁合金大拉機(jī)成為拉制其線材的關(guān)鍵設(shè)備之一,它具有運(yùn)行速度高,拉制線材表面質(zhì)量好,高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。PLC是將計(jì)算機(jī)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(zhǔn)設(shè)備,應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)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(jī)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(jìn)行操作。而且,PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和調(diào)試需要仰仗實(shí)物模型進(jìn)行模擬試驗(yàn),這種方法效率低、成本高、不安全。同時(shí),PLC控制系統(tǒng)還需要許多的輸入、輸出點(diǎn)來支持,這也是一般實(shí)物模型或模擬軟件所不能達(dá)到的。如果要想達(dá)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(jī)界面,它的特點(diǎn)是可以隨心所欲地設(shè)計(jì)出各種用來模擬靜止的、運(yùn)動(dòng)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(shí)器、計(jì)數(shù)器等供用戶使用。因此,借助于人機(jī)界面能方便、快捷地為PLC控制系統(tǒng)建立一個(gè)仿真模型,以驗(yàn)證、調(diào)試所開發(fā)的程序。利用人機(jī)界面串行口與PLC通信,對高速鋁及鋁合金大拉機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,可實(shí)現(xiàn)對各種信號(hào)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(yùn)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(jī)組由拉線主機(jī)、張力儲(chǔ)線器、雙盤收線機(jī)及拉絲潤滑油循環(huán)系統(tǒng)等組成。拉線主機(jī)由兩臺(tái)直流電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)快速換模;張力儲(chǔ)線器控制收線張力,實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)恒張力收線;雙盤收線機(jī)由收線裝置、排線裝置、托盤裝置、氣動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)身電器控制系統(tǒng)等組成,兩線盤為平列式布置,由兩臺(tái)直流電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),氣動(dòng)升降上下線盤,氣動(dòng)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(shí),不能開機(jī)或自動(dòng)停機(jī)。收線從空盤到滿盤自動(dòng)調(diào)速,實(shí)現(xiàn)恒張力收線。排線盤邊距調(diào)節(jié)用同步電機(jī)控制,可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)調(diào)節(jié)。換盤電機(jī)用直流電機(jī)直接啟動(dòng),換盤由定長信號(hào)控制從左到右(或從右到左)自動(dòng)換盤或由操作者手動(dòng)換盤,人工上下線盤。剎車系統(tǒng)用氣動(dòng)控制碟形剎車盤。圖1為高速鋁大拉機(jī)系統(tǒng)流程圖。2蒙古國的設(shè)計(jì)2.1拉伸鼓輪主電機(jī)與牽引定速輪電機(jī)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(rèn)為拉伸前后金屬單位時(shí)間通過?？椎捏w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(jī)和牽引定速輪電機(jī)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(gè)模具直徑有關(guān),且與定徑模前一個(gè)模具的所在位置有關(guān),還與每級鼓輪的機(jī)械傳動(dòng)比和所需要控制的滑動(dòng)系數(shù)等有關(guān)。高速鋁及鋁合金大拉機(jī)的拉線主機(jī)與牽引裝置分別由直流電機(jī)獨(dú)立傳動(dòng),拉線模具從前到后依次排列共有13個(gè)模具,當(dāng)變換線規(guī)格時(shí),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(jī)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(jī)與牽引定速輪電機(jī)速度匹配就可根據(jù)上式計(jì)算得出。圖2為兩電機(jī)速度匹配流程圖。2.2雙盤收線控制系統(tǒng)雙盤收線機(jī)是按高速鋁及鋁合金大拉機(jī)組中連續(xù)收線,自動(dòng)換盤不停機(jī)設(shè)計(jì)的。雙盤收線機(jī)共有15個(gè)控制按鈕,26個(gè)檢測點(diǎn),共41個(gè)作為輸入點(diǎn);執(zhí)行元件22個(gè),其中電磁閥12個(gè),其它執(zhí)行元件10個(gè);PLC選用西門子S7-200系列進(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)的PLC用到數(shù)字I/O模塊,負(fù)責(zé)對定長、計(jì)長、速度等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,對設(shè)備的運(yùn)行狀況檢測,通過輸出調(diào)整各個(gè)動(dòng)作的協(xié)調(diào)性,用于控制左盤、右盤、排線、換盤及報(bào)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(jìn)行編程。圖3為雙盤收線機(jī)PLC流程圖。編程方式主要分為4部分:手動(dòng)調(diào)節(jié),自動(dòng)調(diào)節(jié),故障自診斷及邏輯輸出程序。手動(dòng)調(diào)節(jié)用于設(shè)備調(diào)試,自動(dòng)調(diào)節(jié)用于設(shè)備正常運(yùn)行,故障自診斷顯示故障。由于許多動(dòng)作重復(fù)使用,將相同動(dòng)作對應(yīng)放置,防止編程混亂。流程圖中A與B在系統(tǒng)運(yùn)行過程中循環(huán)使用,直到人為停機(jī)或出現(xiàn)故障自動(dòng)停機(jī)。根據(jù)多次現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出雙盤收線控制系統(tǒng)常會(huì)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(yùn)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(jī)換盤時(shí)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(yùn)行時(shí),右盤檢測不到信號(hào)警告使用者。在換盤時(shí),警告還不消除,即出現(xiàn)故障,系統(tǒng)停機(jī);反之亦然。在故障發(fā)生時(shí),系統(tǒng)通過PLC檢測將故障信息顯示在人機(jī)界面上,并發(fā)出光報(bào)警信號(hào),提醒維護(hù)人員進(jìn)行維修。3組態(tài)軟件的選擇人機(jī)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。考慮該系統(tǒng)控制信號(hào)和檢測點(diǎn)比較多,通過人機(jī)界面?zhèn)鬟f信息簡單,出于性價(jià)比等方面的考慮,選用SIEMENSTP270人機(jī)界面,組態(tài)軟件使用SIEMENSProtoolV6.0。該系統(tǒng)人機(jī)界面主要分為初始信息傳遞、警告與故障顯示報(bào)警及狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分。PLC系統(tǒng)檢測所有的輸入信號(hào),根據(jù)動(dòng)作要求進(jìn)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(jìn)行現(xiàn)場處理,同時(shí)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(yùn)行。圖4為人機(jī)界面的工作流程示意圖。4plc與設(shè)備界面設(shè)計(jì)高速鋁及鋁合金大拉機(jī)