化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料擠出造粒機(jī)組電控系統(tǒng)

于洪濤

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116033）

化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料擠出造粒機(jī)組電控系統(tǒng)

于洪濤

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116033）

介紹了一種電纜料生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制器采用西門子（SIEMENS） S7-300系列PLC，直流調(diào)速器采用西門子6RA70，變頻調(diào)速器采用西門子6SE70，多種檢測信號通過分布式I/O組件ET200M系列模塊，經(jīng)由 PROFIBUS-DP傳送至PLC。文中簡要介紹了化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料擠出造粒機(jī)組的生產(chǎn)過程，列出電控系統(tǒng)的硬件型號及特點(diǎn)。介紹了西門子S7-300PLC、西門子直流驅(qū)動(dòng)裝置和變頻器的簡單應(yīng)用。

擠出造粒；PLC；直流調(diào)速器；變頻調(diào)速器；溫控系統(tǒng)；人機(jī)界面（HMI）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，特別是西部經(jīng)濟(jì)的開發(fā)對電力電纜的要求越來越高?；瘜W(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料質(zhì)量的好壞直接影響到10 kV以下電力電纜的品質(zhì)，而設(shè)備是關(guān)系到化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

我公司在對普通塑料雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上制造的主要用于生產(chǎn)大產(chǎn)量化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料的雙螺桿擠出機(jī)，自研制成功后已投放市場多臺，使用至今運(yùn)行狀況良好，以下就該機(jī)組所采用的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單闡述。

1 機(jī)組組成

該機(jī)組由一臺DKTE-104×36（螺桿直徑104 mm，長徑比36）型雙螺桿擠出機(jī)與喂料系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、切粒系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)等共同組成化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料生產(chǎn)線。

如圖1所示，主要包括一臺主電機(jī)、兩臺失重式喂料稱、潤滑油泵電機(jī)、冷卻水泵電機(jī)、真空泵電機(jī)、化學(xué)泵電機(jī)、水下切粒電機(jī)、高壓水泵電機(jī)、離心脫水電機(jī)、工藝水電機(jī)、1#輸送風(fēng)機(jī)、沸騰干燥電機(jī)、2#輸送風(fēng)機(jī)、主機(jī)加熱系統(tǒng)、換網(wǎng)加熱器、機(jī)頭加熱器、換網(wǎng)油泵電機(jī)。

圖1 化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料擠出造粒機(jī)組流程圖

圖2 控制系統(tǒng)框圖

2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要包括：主機(jī)PLC控制柜（CPU）、直流驅(qū)動(dòng)柜（直流驅(qū)動(dòng)裝置，配PROFIBUS-DP板）、交流變頻器（配PROFIBUS—DP板）、操作臺（觸摸屏）、機(jī)體操作盒（遠(yuǎn)程I/O）、扭矩傳感器、止推力傳感器、熔體壓力傳感器等。

圖2為控制系統(tǒng)組成框圖。

該機(jī)組中雙螺桿擠出機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)是450 kW的Z4系列直流電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置核心部分采用德國西門子公司的6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置。擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速可在60～600 r/min范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整，具有良好的動(dòng)態(tài)相應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度。

切粒系統(tǒng)是采用西門子6SE70系列變頻器驅(qū)動(dòng)一臺4 kW交流變頻電動(dòng)機(jī)帶切刀運(yùn)行，切刀轉(zhuǎn)速可在150～1 500 r/min范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整。

加熱系統(tǒng)由九個(gè)機(jī)筒加熱區(qū)、換網(wǎng)加熱區(qū)、機(jī)頭加熱區(qū)組成，均采用鑄鋁電加熱器加熱，機(jī)筒加熱區(qū)還配備水冷卻系統(tǒng)，所有加熱器均由PLC調(diào)用具有PID自調(diào)節(jié)等多種控制功能的FB58模塊實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的自動(dòng)控制。

機(jī)組各機(jī)臺的起停、聯(lián)鎖控制、故障顯示、報(bào)警由一臺德國西門子公司的S7—300系列PLC來完成，作為控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)組內(nèi)各種控制元件的邏輯與時(shí)序控制，并通過觸摸屏和PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線的應(yīng)用，使操作者更方便的監(jiān)視PLC采集的機(jī)組內(nèi)各裝置的數(shù)據(jù)并加以控制。并通過控制柜面板上的工藝流程圖指示運(yùn)行，故障，料位的狀態(tài)，使整機(jī)生產(chǎn)過程一目了然，操作維修十分方便。

如在電機(jī)的聯(lián)鎖控制中，柜面有一個(gè)負(fù)責(zé)聯(lián)鎖選擇的帶燈按鈕，可以選擇機(jī)組的工作方式：當(dāng)聯(lián)鎖選擇處于去聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)，它本身閃亮，各臺電機(jī)可單獨(dú)進(jìn)行起動(dòng)、停止操作；當(dāng)聯(lián)鎖選擇處于聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)，它本身常亮，PLC內(nèi)部程序保證各臺電機(jī)只能從后級逐級向前手動(dòng)起動(dòng)，即按1#輸送風(fēng)機(jī)—工藝水電機(jī)—離心水泵電機(jī)—高壓水泵電機(jī)—切粒電機(jī)—主機(jī)—喂料電機(jī)—失重稱電機(jī)的順序開機(jī)。停機(jī)時(shí)則與起動(dòng)順序相反，要按照開機(jī)相反的順序依次停止各臺電機(jī)。如果中間某級電機(jī)發(fā)生故障或者誤操作到停止按鈕，則此級以上的電機(jī)都要停止。

例如，在聯(lián)鎖狀態(tài)中各臺電機(jī)都已起動(dòng)的情況下，如離心水泵電機(jī)發(fā)生故障，則高壓水泵電機(jī)、切粒電機(jī)、主機(jī)、喂料電機(jī)、失重稱電機(jī)都要停止運(yùn)行。相關(guān)聯(lián)的，在柜面板上還有一塊可指示出生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)的工藝流程圖，當(dāng)各分部對應(yīng)的綠燈亮，指示相應(yīng)的分部運(yùn)行正常。各分部對應(yīng)的紅燈亮，指示的相應(yīng)的分部處于跳閘等故障狀態(tài)，黃燈則指示相應(yīng)部份的料位。

圖3 溫控模塊設(shè)置

圖4 FB58設(shè)置

3 溫度控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的溫度控制是由溫控表來完成，但是溫度數(shù)據(jù)的采集、處理卻成了不容易解決的問題。該機(jī)組采用西門子6ES7331-7KF02-0AB0溫度（模擬量輸入）模塊，來采集機(jī)筒及機(jī)頭換網(wǎng)的溫度信號，只要在程序中調(diào)用FB58溫度PID調(diào)節(jié)模塊來對機(jī)筒、機(jī)頭換網(wǎng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，如圖3和圖4所示。

然后在觸摸屏中制作相應(yīng)畫面，就可以在觸摸屏中直觀的監(jiān)視、修改溫度設(shè)定。工藝溫度的采集也可在同時(shí)完成，只須在觸摸屏中將溫度記錄的時(shí)間延長，就可以長時(shí)間（需大容量存儲卡）的記錄系統(tǒng)工藝溫度的數(shù)據(jù)了。

4 水下切粒系統(tǒng)和失重喂料系統(tǒng)

選用來自美國Cala公司的水下切粒系統(tǒng)和德國卡爾.申克（Carl Schenck AG）公司失重式計(jì)量稱是保證本試驗(yàn)機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和設(shè)備的可行性的重要環(huán)節(jié)，申克失重稱擁有0.1%的精確度，以此來保證擠出機(jī)精確擠出的目的；而Cala水下切粒機(jī)則能夠保證本試驗(yàn)機(jī)組對絕大多數(shù)物料的適用性。水下切粒機(jī)和失重稱都有自己的控制系統(tǒng)，他們與擠出機(jī)組的數(shù)據(jù)通訊則是通過工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）來完成，在S7-300 PLC中加入CP343-1（以太網(wǎng)通訊模塊），即可以與兩臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過對觸摸屏的設(shè)定，達(dá)到集中控制的目的。

5 傳感器

該機(jī)組還配備了扭矩傳感器、止推力傳感器和熔體壓力傳感器。扭距傳感器安裝在電機(jī)輸出軸與減速箱中間，能夠?qū)崟r(shí)檢測電動(dòng)機(jī)輸出的扭距和轉(zhuǎn)速，并通過以便于一臺3顯示的扭距測量儀來對測量值進(jìn)行顯示和向PLC變送輸出測量數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)者可對直流裝置輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的比較，有利于維護(hù)設(shè)備的穩(wěn)定性；而止推力傳感器測量的推力軸承承受的力和熔體壓力傳感器測量的機(jī)頭處所承受的壓力可作比較，可更直接的監(jiān)測在不同物料情況下止推力和熔體壓力的關(guān)系是否符合設(shè)備能力，起到保護(hù)設(shè)備的關(guān)鍵作用。

6 聯(lián)鎖保護(hù)

整個(gè)機(jī)組又可分為主機(jī)和上下輔機(jī)，上輔機(jī)的作用是給主機(jī)加料，加料電機(jī)的驅(qū)動(dòng)即是由變頻器來完成，這里不再贅述。下輔機(jī)則是通過切粒電機(jī)、高壓水泵電機(jī)、離心脫水電機(jī)、工藝水電機(jī)、1#輸送風(fēng)機(jī)、沸騰干燥電機(jī)、2#輸送風(fēng)機(jī)等來實(shí)現(xiàn)物料被主機(jī)從機(jī)頭擠出后的切割、成粒、水送、脫水、風(fēng)送、烘干、風(fēng)送至成品料倉的過程。在此過程中，為保護(hù)人身及設(shè)備安全，本機(jī)組設(shè)置了諸多的保護(hù)和聯(lián)鎖，以及各種故障的報(bào)警和顯示?，F(xiàn)將各種保護(hù)聯(lián)鎖陳述如下：

（1）1#輸送風(fēng)機(jī)故障，停輸送風(fēng)機(jī)以上部分；

（2）離心脫水電機(jī)故障，停離心脫水電機(jī)以上部分；

（3）高壓水泵電機(jī)故障，停高壓水泵電機(jī)以上部分；

（4）切粒電機(jī)故障，停切粒電機(jī)以上部分；

（5）塑化主機(jī)故障，停塑化主機(jī)以上部分；

（6）潤滑油泵故障，停潤滑油泵以上部分；

（7）喂料電機(jī)故障，?；瘜W(xué)電機(jī)，延時(shí)1 min停塑化主機(jī)；

（8）化學(xué)電機(jī)故障，延時(shí)30 s停喂料電機(jī)，然后再延時(shí)1 min停塑化主機(jī)；

（9）2#輸送風(fēng)機(jī)的開停，應(yīng)先開風(fēng)機(jī)，延時(shí)20 s后自動(dòng)啟動(dòng)振動(dòng)加料器，停時(shí)，先停振動(dòng)加料器，延時(shí)20 s后自動(dòng)停風(fēng)機(jī)；

（10）化學(xué)泵壓力過高報(bào)警延時(shí)20 s?；瘜W(xué)電機(jī)；

（11）過濾網(wǎng)前壓力高高限報(bào)警停主機(jī)；

（12）沸騰料倉、成品料倉任一高料位報(bào)警，延時(shí)6 min停主機(jī)；

（13）沸騰風(fēng)機(jī)的開停應(yīng)先開風(fēng)機(jī)，沸騰風(fēng)機(jī)三角啟動(dòng)后才能啟動(dòng)電加熱，并由溫控表控制其溫度；停時(shí)，應(yīng)先停電加熱，延時(shí)20 s后才能停風(fēng)機(jī)?，F(xiàn)場超溫開關(guān)信號進(jìn)PLC，做超溫保護(hù)用。

表1為部分計(jì)時(shí)器的預(yù)置值及作用。

表1 聯(lián)鎖保護(hù)預(yù)置值

6 結(jié)束語

我公司化學(xué)交聯(lián)聚乙烯電纜料擠出造粒機(jī)組由于采用了性能可靠的電氣控制系統(tǒng)，采用性能更為良好的設(shè)備部件達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)的目的；而系統(tǒng)中多個(gè)傳感器的應(yīng)用對機(jī)型的可放大應(yīng)用又起到了關(guān)鍵的試驗(yàn)作用，較其他擠出機(jī)組有了較大的突破，結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定，做為一款實(shí)用、高性能的好機(jī)型在電纜行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。

［1］ 西門子 SIMATIC STEP 7 V5.5編程 參考手冊

［2］ 西門子 SIMOREG DC Master 6RA70系列 全數(shù)字直流調(diào)速裝置使用說明書

［3］ 唐濟(jì)揚(yáng). 現(xiàn)場總線技術(shù)及PROFIBUS.

Electronic control system of chemically cross-linked polyethylene cable extrusion granulation unit

Electronic control system of chemically cross-linked polyethylene cable extrusion granulation unit

Yu Hongtao

（Dalian Rubber & Plastics Machinery Co.， Ltd.， Dalian 116033， Liaoning， China）

This paper describes the control system for cable production lines，the system controlleruses SIEMENS S7-300 series PLC，DC governoruses SIEMENS 6RA70， inverteruses SIEMENS 6SE70， a variety of detection signals are transferred through distributedI/OET200M series modules，from PROFIBUS-DP to PLC. This paper briefly describes the production processes of chemical cross-linked polyethylene cable extrusion granulation unit， lists hardware models and features of electronic control system. This paper also describessimple applications of Siemens S7-300PLC，Siemens DC drive and the inverter.

extrusion granulation； PLC； DC converter； inverter； temperature control systems；HMI

TQ320.5

1009-797X （2015） 16-0131-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.045

于洪濤（1979-），男，工程師，長期從事橡膠、塑料機(jī)械電氣設(shè)計(jì)工作。

2015-03-16