化學交聯聚乙烯電纜料擠出造粒機組電控系統

于洪濤

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧 大連 116033）

化學交聯聚乙烯電纜料擠出造粒機組電控系統

于洪濤

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧 大連 116033）

介紹了一種電纜料生產線的控制系統，系統控制器采用西門子（SIEMENS） S7-300系列PLC，直流調速器采用西門子6RA70，變頻調速器采用西門子6SE70，多種檢測信號通過分布式I/O組件ET200M系列模塊，經由 PROFIBUS-DP傳送至PLC。文中簡要介紹了化學交聯聚乙烯電纜料擠出造粒機組的生產過程，列出電控系統的硬件型號及特點。介紹了西門子S7-300PLC、西門子直流驅動裝置和變頻器的簡單應用。

擠出造粒；PLC；直流調速器；變頻調速器；溫控系統；人機界面（HMI）

隨著我國經濟的飛速發展，特別是西部經濟的開發對電力電纜的要求越來越高。化學交聯聚乙烯電纜料質量的好壞直接影響到10 kV以下電力電纜的品質，而設備是關系到化學交聯聚乙烯電纜料質量的一個重要因素。

我公司在對普通塑料雙螺桿擠出機進行技術改進的基礎上制造的主要用于生產大產量化學交聯聚乙烯電纜料的雙螺桿擠出機，自研制成功后已投放市場多臺，使用至今運行狀況良好，以下就該機組所采用的電氣控制系統進行簡單闡述。

1 機組組成

該機組由一臺DKTE-104×36（螺桿直徑104 mm，長徑比36）型雙螺桿擠出機與喂料系統、溫控系統、切粒系統、水循環系統、干燥系統等共同組成化學交聯聚乙烯電纜料生產線。

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

圖1 化學交聯聚乙烯電纜料擠出造粒機組流程圖

圖2 控制系統框圖

2 電氣控制系統

電氣控制系統主要包括：主機PLC控制柜（CPU）、直流驅動柜（直流驅動裝置，配PROFIBUS-DP板）、交流變頻器（配PROFIBUS—DP板）、操作臺（觸摸屏）、機體操作盒（遠程I/O）、扭矩傳感器、止推力傳感器、熔體壓力傳感器等。

圖2為控制系統組成框圖。

該機組中雙螺桿擠出機主傳動電機是450 kW的Z4系列直流電動機，傳動裝置核心部分采用德國西門子公司的6RA70系列全數字直流調速裝置。擠出機的螺桿轉速可在60～600 r/min范圍內連續調整，具有良好的動態相應和穩態精度。

切粒系統是采用西門子6SE70系列變頻器驅動一臺4 kW交流變頻電動機帶切刀運行，切刀轉速可在150～1 500 r/min范圍內連續調整。

加熱系統由九個機筒加熱區、換網加熱區、機頭加熱區組成，均采用鑄鋁電加熱器加熱，機筒加熱區還配備水冷卻系統，所有加熱器均由PLC調用具有PID自調節等多種控制功能的FB58模塊實現高質量的自動控制。

機組各機臺的起停、聯鎖控制、故障顯示、報警由一臺德國西門子公司的S7—300系列PLC來完成，作為控制系統的核心，實現了對機組內各種控制元件的邏輯與時序控制，并通過觸摸屏和PROFIBUS—DP現場總線的應用，使操作者更方便的監視PLC采集的機組內各裝置的數據并加以控制。并通過控制柜面板上的工藝流程圖指示運行，故障，料位的狀態，使整機生產過程一目了然，操作維修十分方便。

如在電機的聯鎖控制中，柜面有一個負責聯鎖選擇的帶燈按鈕，可以選擇機組的工作方式：當聯鎖選擇處于去聯鎖狀態時，它本身閃亮，各臺電機可單獨進行起動、停止操作；當聯鎖選擇處于聯鎖狀態時，它本身常亮，PLC內部程序保證各臺電機只能從后級逐級向前手動起動，即按1#輸送風機—工藝水電機—離心水泵電機—高壓水泵電機—切粒電機—主機—喂料電機—失重稱電機的順序開機。停機時則與起動順序相反，要按照開機相反的順序依次停止各臺電機。如果中間某級電機發生故障或者誤操作到停止按鈕，則此級以上的電機都要停止。

例如，在聯鎖狀態中各臺電機都已起動的情況下，如離心水泵電機發生故障，則高壓水泵電機、切粒電機、主機、喂料電機、失重稱電機都要停止運行。相關聯的，在柜面板上還有一塊可指示出生產線的運行狀態的工藝流程圖，當各分部對應的綠燈亮，指示相應的分部運行正常。各分部對應的紅燈亮，指示的相應的分部處于跳閘等故障狀態，黃燈則指示相應部份的料位。

圖3 溫控模塊設置

圖4 FB58設置

3 溫度控制系統

傳統的溫度控制是由溫控表來完成，但是溫度數據的采集、處理卻成了不容易解決的問題。該機組采用西門子6ES7331-7KF02-0AB0溫度（模擬量輸入）模塊，來采集機筒及機頭換網的溫度信號，只要在程序中調用FB58溫度PID調節模塊來對機筒、機頭換網進行溫度調節，如圖3和圖4所示。

然后在觸摸屏中制作相應畫面，就可以在觸摸屏中直觀的監視、修改溫度設定。工藝溫度的采集也可在同時完成，只須在觸摸屏中將溫度記錄的時間延長，就可以長時間（需大容量存儲卡）的記錄系統工藝溫度的數據了。

4 水下切粒系統和失重喂料系統

選用來自美國Cala公司的水下切粒系統和德國卡爾.申克（Carl Schenck AG）公司失重式計量稱是保證本試驗機組試驗數據的準確性和設備的可行性的重要環節，申克失重稱擁有0.1%的精確度，以此來保證擠出機精確擠出的目的；而Cala水下切粒機則能夠保證本試驗機組對絕大多數物料的適用性。水下切粒機和失重稱都有自己的控制系統，他們與擠出機組的數據通訊則是通過工業以太網（EtherNet）來完成，在S7-300 PLC中加入CP343-1（以太網通訊模塊），即可以與兩臺設備進行數據交換，并通過對觸摸屏的設定，達到集中控制的目的。

5 傳感器

該機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輸出軸與減速箱中間，能夠實時檢測電動機輸出的扭距和轉速，并通過以便于一臺3顯示的扭距測量儀來對測量值進行顯示和向PLC變送輸出測量數據，使生產者可對直流裝置輸出的數據進行直觀的比較，有利于維護設備的穩定性；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頭處所承受的壓力可作比較，可更直接的監測在不同物料情況下止推力和熔體壓力的關系是否符合設備能力，起到保護設備的關鍵作用。

6 聯鎖保護

整個機組又可分為主機和上下輔機，上輔機的作用是給主機加料，加料電機的驅動即是由變頻器來完成，這里不再贅述。下輔機則是通過切粒電機、高壓水泵電機、離心脫水電機、工藝水電機、1#輸送風機、沸騰干燥電機、2#輸送風機等來實現物料被主機從機頭擠出后的切割、成粒、水送、脫水、風送、烘干、風送至成品料倉的過程。在此過程中，為保護人身及設備安全，本機組設置了諸多的保護和聯鎖，以及各種故障的報警和顯示?，F將各種保護聯鎖陳述如下：

（1）1#輸送風機故障，停輸送風機以上部分；

（2）離心脫水電機故障，停離心脫水電機以上部分；

（3）高壓水泵電機故障，停高壓水泵電機以上部分；

（4）切粒電機故障，停切粒電機以上部分；

（5）塑化主機故障，停塑化主機以上部分；

（6）潤滑油泵故障，停潤滑油泵以上部分；

（7）喂料電機故障，停化學電機，延時1 min停塑化主機；

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

（9）2#輸送風機的開停，應先開風機，延時20 s后自動啟動振動加料器，停時，先停振動加料器，延時20 s后自動停風機；

（10）化學泵壓力過高報警延時20 s停化學電機；

（11）過濾網前壓力高高限報警停主機；

（12）沸騰料倉、成品料倉任一高料位報警，延時6 min停主機；

（13）沸騰風機的開停應先開風機，沸騰風機三角啟動后才能啟動電加熱，并由溫控表控制其溫度；停時，應先停電加熱，延時20 s后才能停風機?，F場超溫開關信號進PLC，做超溫保護用。

表1為部分計時器的預置值及作用。

表1 聯鎖保護預置值

6 結束語

我公司化學交聯聚乙烯電纜料擠出造粒機組由于采用了性能可靠的電氣控制系統，采用性能更為良好的設備部件達到穩定生產的目的；而系統中多個傳感器的應用對機型的可放大應用又起到了關鍵的試驗作用，較其他擠出機組有了較大的突破，結構合理、性能穩定，做為一款實用、高性能的好機型在電纜行業得以廣泛應用。

［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 全數字直流調速裝置使用說明書

［3］ 唐濟揚. 現場總線技術及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、塑料機械電氣設計工作。

2015-03-16