高速铝及铝合金大拉机组的研制

高速铝及铝合金大拉机组的研制

随着电线电缆产业的蓬勃发展，标准导电材料铜的供应非常稀缺。在过去两年中，国内外铜的价格急剧上升，而另一种导电材料的铜价格相对稳定。因此，市场对铝和镁材料的需求日益增长，对铝和镁材料的制造要求越高。我厂从20世纪90年代初开始研制高速铝及铝合金大拉机组,通过新技术引进,引入新的设计思想和理念,目前,我厂生产的高速铝及铝合金大拉机成为拉制其线材的关键设备之一,它具有运行速度高,拉制线材表面质量好,高效节能等优点。PLC是将计算机技术应用于工业控制领域的产品,已成为工业控制的标准设备,应用于工业自动化控制中。用PLC做控制系统核心,成本较低,稳定性很高,程序编写调试方便,但PLC在人机对话、故障判断、在线修改等方面有一些不便,需要对编程非常熟悉的专业人员进行操作。而且,PLC控制系统的开发设计、验证和调试需要仰仗实物模型进行模拟试验,这种方法效率低、成本高、不安全。同时,PLC控制系统还需要许多的输入、输出点来支持,这也是一般实物模型或模拟软件所不能达到的。如果要想达到仿真的目的,可以利用在工业控制中经常使用的人机界面,它的特点是可以随心所欲地设计出各种用来模拟静止的、运动的输入、输出设备;可以画出所想要的场景;并且它还提供寄存器、可编子程序集、定时器、计数器等供用户使用。因此,借助于人机界面能方便、快捷地为PLC控制系统建立一个仿真模型,以验证、调试所开发的程序。利用人机界面串行口与PLC通信,对高速铝及铝合金大拉机组进行实时控制,可实现对各种信号的监测以及现场数据的采集和处理,共同组成生产监控系统,有利于提高设备运行的可靠性和利用率。1统恒张力收线高速铝及铝合金大拉机组由拉线主机、张力储线器、双盘收线机及拉丝润滑油循环系统等组成。拉线主机由两台直流电机分别驱动,可实现快速换模;张力储线器控制收线张力,实现全系统恒张力收线;双盘收线机由收线装置、排线装置、托盘装置、气动系统和机身电器控制系统等组成,两线盘为平列式布置,由两台直流电机分别驱动,气动升降上下线盘,气动夹紧和放松线盘,气路中备有压力控制器,当压力低于设定值时,不能开机或自动停机。收线从空盘到满盘自动调速,实现恒张力收线。排线盘边距调节用同步电机控制,可实现不停机调节。换盘电机用直流电机直接启动,换盘由定长信号控制从左到右(或从右到左)自动换盘或由操作者手动换盘,人工上下线盘。刹车系统用气动控制碟形刹车盘。图1为高速铝大拉机系统流程图。2蒙古国的设计2.1拉伸鼓轮主电机与牵引定速轮电机速度匹配根据拉伸理论,拉伸过程中产生极少数金属粉屑,体积变化可以忽略,可以认为拉伸前后金属单位时间通过模孔的体积相等,在拉伸配模过程中,由于线材的磨损存在,要保证正常拉伸就要保证每一级相对前滑系数τ为1.015～1.04,因此,拉伸鼓轮主电机和牵引定速轮电机速比的控制非常重要,它不仅同牵引定径模和定径模前一个模具直径有关,且与定径模前一个模具的所在位置有关,还与每级鼓轮的机械传动比和所需要控制的滑动系数等有关。高速铝及铝合金大拉机的拉线主机与牵引装置分别由直流电机独立传动,拉线模具从前到后依次排列共有13个模具,当变换线规格时,只需更换定径模直径就可变换拉线规格。根据高速铝及铝合金大拉机拉伸工艺要求,在配模已知的情况下,各级拉线速度匹配有如下简易公式:V2=(D1÷D2)2×V1÷τ,其中V2为定径模出线速度,V1为定径模前一道模出线速度,D1为定径模前一道模具的直径,D2为定径模模具的直径,τ为拉伸鼓轮相对前滑系数(1.015～1.04),因此拉伸鼓轮主电机与牵引定速轮电机速度匹配就可根据上式计算得出。图2为两电机速度匹配流程图。2.2双盘收线控制系统双盘收线机是按高速铝及铝合金大拉机组中连续收线,自动换盘不停机设计的。双盘收线机共有15个控制按钮,26个检测点,共41个作为输入点;执行元件22个,其中电磁阀12个,其它执行元件10个;PLC选用西门子S7-200系列进行控制。控制系统的PLC用到数字I/O模块,负责对定长、计长、速度等数据的实时采集,对设备的运行状况检测,通过输出调整各个动作的协调性,用于控制左盘、右盘、排线、换盘及报警和警告等开关量、模拟量的输出。系统采用STEP7-Micro/WIN32V4.0SP3编程软件,根据工艺流程及控制系统的要求,用梯形图方式进行编程。图3为双盘收线机PLC流程图。编程方式主要分为4部分:手动调节,自动调节,故障自诊断及逻辑输出程序。手动调节用于设备调试,自动调节用于设备正常运行,故障自诊断显示故障。由于许多动作重复使用,将相同动作对应放置,防止编程混乱。流程图中A与B在系统运行过程中循环使用,直到人为停机或出现故障自动停机。根据多次现场调试经验,总结出双盘收线控制系统常会出现以下几种类型故障:(1)气路故障,导致故障不能复位,系统不能运行。(2)电器检测元件故障,检测元件不到位或元件损坏。(3)收线机换盘时收线张力不稳,收线过松过紧,导致故障发生。(4)左盘运行时,右盘检测不到信号警告使用者。在换盘时,警告还不消除,即出现故障,系统停机;反之亦然。在故障发生时,系统通过PLC检测将故障信息显示在人机界面上,并发出光报警信号,提醒维护人员进行维修。3组态软件的选择人机界面的作用是对控制系统的监视和管理,如根据检测结果显示出警告或故障。考虑该系统控制信号和检测点比较多,通过人机界面传递信息简单,出于性价比等方面的考虑,选用SIEMENSTP270人机界面,组态软件使用SIEMENSProtoolV6.0。该系统人机界面主要分为初始信息传递、警告与故障显示报警及状态显示数据处理三个部分。PLC系统检测所有的输入信号,根据动作要求进行逻辑判断,给出故障或警告,通过三色灯提醒现场工作人员进行现场处理,同时在触摸屏上显示故障位置及相应解决办法,故障解除以后系统才能正常运行。图4为人机界面的工作流程示意图。4plc与设备界面设计高速铝及铝合金大拉机