淺析基于西門(mén)子S7–300的擠鉛機(jī)控溫系統(tǒng)優(yōu)化

翁劍

摘要：淺析基于西門(mén)子PLC、溫控儀、電驅(qū)動(dòng)比例閥等控制元件，優(yōu)化改進(jìn)擠出機(jī)的加熱與冷卻控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)減少用工崗位、減少人工作業(yè)不良、完成歷史數(shù)據(jù)的周期保存與可追溯，保障生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性和產(chǎn)品品質(zhì)的提升的需求。

關(guān)鍵詞：擠鉛機(jī)、溫控自動(dòng)化、西門(mén)子PLC

引言

金屬擠鉛機(jī)作為海纜生產(chǎn)過(guò)程中的重要組成部分，決定海纜成品的阻水性能。國(guó)產(chǎn)主流擠鉛機(jī)，控溫冷卻部分仍為手工控制，存在一定的質(zhì)量隱患與不可追溯。得益于由于PLC控制系統(tǒng)、電子元器件的升級(jí)，以及暖通與制冷行業(yè)，流量精準(zhǔn)控制這一技術(shù)的成熟運(yùn)用，使得擠鉛控溫這一部分智能化控制，具備實(shí)現(xiàn)的可能性。

工作原理

螺桿式擠鉛機(jī)工作原理與擠塑機(jī)類(lèi)似，首先鉛錠借助于加熱系統(tǒng)高溫融化，通過(guò)特殊管道將熔融的鉛液導(dǎo)流至機(jī)身后，逐步降低溫度，改變鉛液形態(tài)，利用主機(jī)螺桿旋轉(zhuǎn)推力，把半凝固狀鉛液，推送出機(jī)頭，經(jīng)工裝模具成形，形成電纜表面金屬包覆層。

鉛狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，主要來(lái)源于溫度控制?？販胤譃榧訜岷屠鋮s兩部分。加熱主要依賴(lài)于控制加熱管的工作與否實(shí)現(xiàn)，而當(dāng)前的冷卻主要依靠人為手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)身冷卻水的大小，來(lái)匹配溫度控制需求，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，一旦溫度波動(dòng)較大，容易造成停機(jī)或者厚度不足甚至漏包等致命的缺陷。

控制系統(tǒng)分析

工藝要求

恒溫 溫差過(guò)大，能夠引起鉛管壁厚變化。

恒壓 擠出壓力恒定，保證鉛層厚度的均勻。

恒速 鉛層厚度的一致性。

控制難點(diǎn)分析

過(guò)程最大的難點(diǎn)在于在啟動(dòng)降溫過(guò)程中，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提升，帶來(lái)大量的熱能，增加了對(duì)控制的難度。

生產(chǎn)過(guò)程：溫度控制要求整機(jī)控制在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，即溫度波動(dòng)控制在≤5℃。

手工的控溫方式存在著如下缺陷：

對(duì)操作人員的技術(shù)要求高，需要經(jīng)1～2年以上的磨合，才能獨(dú)立上機(jī)操作;

操作人員工作、精神壓力大，必須實(shí)時(shí)關(guān)注溫度，隨時(shí)準(zhǔn)備調(diào)節(jié);

調(diào)節(jié)精度低。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

加熱部分設(shè)計(jì)思路 保留傳統(tǒng)溫控儀表，利用固態(tài)繼電器取代交流接觸器，主要是考慮降低故障率的同時(shí)，保留便于維修的優(yōu)點(diǎn)。PLC故障排查專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，目前部分溫控儀表，采用PID模式控制，精度控制模式滿(mǎn)足實(shí)際使用需求?？紤]到溫度控制的重要與有效性，增加與儀表間的數(shù)據(jù)通訊，定時(shí)采樣保留數(shù)據(jù)，形成歷史曲線(xiàn)，便于故障分析與追溯。通過(guò)失效模式分析，增加部分關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)溫，保障實(shí)際溫度控制的精度與有效性。防止個(gè)別元器件失效造成的質(zhì)量異常。

冷卻部分設(shè)計(jì)思路 保留手動(dòng)控制部分，增加自動(dòng)控制支路;形成冗余設(shè)計(jì)，雙備份，應(yīng)對(duì)調(diào)試期間的缺陷以及突發(fā)故障的臨時(shí)切換。冷卻自動(dòng)控制部分，主要采用電動(dòng)比例閥，主要依靠溫控儀表根據(jù)實(shí)時(shí)溫度，反饋梳理電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輔助輸出觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)比例閥?？紤]維修便利的同時(shí)，減少投資費(fèi)用。通過(guò)控制比例閥的通斷程度，控制冷卻介質(zhì)的流量，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫。

硬件選型與組成

PLC的選型

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：

盡可能滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制需求;

在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。

系統(tǒng)的安全、可靠。

考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，選擇PLC的型號(hào)、I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，偏于后期的系統(tǒng)調(diào)整和擴(kuò)充。

溫控儀表

主要參考平時(shí)使用習(xí)慣以及設(shè)備本身需求功能，量程控制在：0～ 500℃;控溫方式：P.I.D調(diào)節(jié)。雙回路控制，帶485通訊功能即可。

冷卻元件的選型

電動(dòng)溫控閥是流量調(diào)節(jié)閥在溫度控制領(lǐng)域的典型應(yīng)用，其基本原理：通過(guò)控制（冷）媒入口流量，以達(dá)到控制設(shè)備溫度。當(dāng)實(shí)際與設(shè)定值不一致時(shí)，通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)啟度調(diào)節(jié)流量，使溫度恢復(fù)至設(shè)定值，選型主要依據(jù)管徑、控制儀表驅(qū)動(dòng)信號(hào)源來(lái)選擇。

控制設(shè)計(jì)

結(jié)合硬件配置，系統(tǒng)控制相對(duì)簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)硬件選配：PLC電源模塊、可編程控制器、輸入模塊、輸出模塊、AI模塊等;

利用儀表的通訊接口，與PLC進(jìn)行485通訊，形成歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同時(shí)增加的幾組利用PLC的AI模塊，進(jìn)行溫度的監(jiān)視，主要在于防止儀表控制失效或者測(cè)溫單元不準(zhǔn)時(shí)的二次監(jiān)視。有利于生產(chǎn)過(guò)程控制。

利用西門(mén)子S7編程軟件或博途，進(jìn)行編譯。（如圖1數(shù)據(jù)通訊、圖2溫度監(jiān)視控制）

實(shí)際運(yùn)行效果及后期優(yōu)化方向

內(nèi)部改進(jìn)優(yōu)化后，溫度實(shí)際控制精度±2.5℃，遠(yuǎn)超原先手工控制精度。運(yùn)行反饋良好，溫度控制歷史數(shù)據(jù)的保存與可追溯，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的追溯，為設(shè)備預(yù)知保養(yǎng)，提供了一定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。后期可以進(jìn)一步優(yōu)化部分，如水冷系統(tǒng)的精度可以通過(guò)增加PLC功能模塊，實(shí)現(xiàn)雙PID精準(zhǔn)控制;一鍵啟動(dòng)，自動(dòng)按照手工、時(shí)間操作順序運(yùn)行，減少個(gè)人操作經(jīng)驗(yàn)不同帶來(lái)的不良等。

參考文獻(xiàn)

廖常初. S7–300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

劉華波，何文雪，王雪.西門(mén)子S7–300/400 PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.