可編程控制器+觸控屏用于籠絞分電機(jī)傳動

嚴(yán)旭東

（重慶鴿牌電線電纜有限公司，重慶 401120）

0 引言

籠絞機(jī)是線纜生產(chǎn)企業(yè)常用的絞線、成纜設(shè)備，傳統(tǒng)籠絞機(jī)一般采用單電機(jī)地軸傳動，絞籠、繞包、牽引機(jī)配用多擋變速箱完成有限級絞距、繞包節(jié)距線纜產(chǎn)品的絞線、成纜。其電氣控制系統(tǒng)簡單、成本較低，但存在機(jī)械傳動系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備絞距、繞包節(jié)距規(guī)格有限且相對固定不可調(diào)整等缺點。

1臺閑置的（1+6）/400型籠絞主機(jī)，為節(jié)省設(shè)備投資盤活閑置資產(chǎn)，決定以可編程控制器+觸摸控制屏人機(jī)界面結(jié)合變頻驅(qū)動器以分電機(jī)傳動方式對，其進(jìn)行技術(shù)改造。改造后要求絞籠、繞包、牽引機(jī)及驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速、計米長度、成纜線速等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)可實時在觸控屏上顯示；絞距、繞包節(jié)距、成纜直徑等工藝參數(shù)可任意在觸控屏上顯示、設(shè)置、修改；設(shè)備操作及維護(hù)方便、直觀，能較好滿足生產(chǎn)需求。

1 分電機(jī)驅(qū)動控制的實現(xiàn)方式

牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速由設(shè)備運(yùn)行速度總給定電位器給定，給定轉(zhuǎn)速經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換再結(jié)合牽引機(jī)各擋位對應(yīng)速比、牽引輪直徑、成纜直徑等參數(shù)在可編程控制器中計算出實時成纜線速，以成纜線速為基準(zhǔn)參數(shù)，再根據(jù)繞包節(jié)距、繞包各檔位對應(yīng)速比和成纜絞距、絞籠速比等參數(shù)，由可編程控制器分別計算出繞包電機(jī)和絞籠電機(jī)對應(yīng)實時工作轉(zhuǎn)速參數(shù)并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制各變頻器驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行。其中牽引機(jī)、繞包機(jī)擋位；成纜絞距、繞包節(jié)距、成纜直徑參數(shù)在人機(jī)界面觸摸控制屏上輸入，與擋位對應(yīng)的牽引機(jī)、繞包機(jī)速比等參數(shù)在可編程控制器編程時直接寫入程序中對應(yīng)擋位進(jìn)行調(diào)用。驅(qū)動控制流程見圖1，（1+6）/400籠絞機(jī)各部傳動速比見表1。

2 技術(shù)改造

2.1 硬件配置

4極交流電機(jī)，絞籠11 kW、繞包4 kW、牽引4 kW；可編程控制器選用臺達(dá)DVP20EX200T,DVP08XN211T模擬型主機(jī)及數(shù)字輸入輸出擴(kuò)展模塊；觸摸控制屏選用7英寸威綸MT6071IP觸摸控制屏；變頻器使用閑置設(shè)備上拆下的安川F7變頻器（15 kW的1臺，3.7 kW的2臺）。

2.2 I/O端子分配（圖2）

圖1 分電機(jī)驅(qū)動控制流程

表1 （1+6）/400籠絞機(jī)各部傳動速比

開機(jī)前確認(rèn)絞籠裝盤正確、牢固、線盤頂錐安全鎖定裝置可靠鎖定。繞包機(jī)由于可編程控制器及觸摸控制屏的運(yùn)用，電控系統(tǒng)硬件布局及接線比較簡單。

在實際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，跟蹤牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬量輸入從安川F7變頻器AC，F(xiàn)M端子獲取存在停機(jī)狀態(tài)下沒有輸出，觸摸屏各轉(zhuǎn)速參數(shù)不顯示“****”字樣，不便于設(shè)備速度的調(diào)整和操作。經(jīng)實測AC，F(xiàn)M端子輸出轉(zhuǎn)速反饋電壓跟AC，A1端子電壓同步，為此，將跟蹤牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬量輸入從AC，F(xiàn)M改接到AC，A1端子，改接后即使在停機(jī)狀態(tài)下觸摸屏也可以實時顯示設(shè)備當(dāng)前給定速度下各部分對應(yīng)的速度參數(shù)值，可以直觀了解設(shè)備當(dāng)前給定速度、擋位下，絞籠和繞包速度是否速度超限。

3 可編程控制器控制程序

根據(jù)設(shè)備控制要求及擬定的思路對可編程控制器控制程序進(jìn)行編寫、仿真、驗證及修改，最終完成各步主要程序。

（1）初始化程序（圖3）。

圖2 I/O端子分配

圖3 可編程控制器初始化程序

圖4 模擬通道設(shè)定及點動速度運(yùn)算程序

（2）模擬通道設(shè)定及點動速度運(yùn)算（圖4）。

（3）成纜線速運(yùn)算（圖 5）。

（4）繞包速度運(yùn)算（圖 6）。

（5）絞籠速度運(yùn)算（圖 7）。

（6）長度計米及修正（圖8）。

（7）同步延時控制（圖 9）。

4 觸摸控制屏（人機(jī)界面）

人機(jī)界面程序的編寫在考慮界面直觀、醒目的同時，充分考量各可設(shè)置參數(shù)的修改、設(shè)定狀態(tài)條件和可能發(fā)生的誤操作，在界面編寫時對可能發(fā)生的錯誤狀態(tài)下的操作進(jìn)行屏蔽，例如，檔位的設(shè)定，繞包、絞籠的投切等必須在停機(jī)狀態(tài)下操作，運(yùn)行狀態(tài)下操作不響應(yīng)。

圖5 成纜線速運(yùn)算程序

圖6 繞包速度運(yùn)算程序

（1）接通電控柜面板操作電源開關(guān)，觸摸控制屏完成初始化后進(jìn)入開機(jī)界面（圖10）。點擊屏幕任意地方進(jìn)入設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控界面（圖11）。

（2）為防止誤操作造成計米值非正常復(fù)位丟失生產(chǎn)計米長度，“計米復(fù)位”必須在設(shè)備停機(jī)狀態(tài)下且長按“計米復(fù)位”按鈕5 s以上，系統(tǒng)才會將計米值清零復(fù)位。

（3）擋位設(shè)置需在停機(jī)狀態(tài)下設(shè)置方能生效，并且確認(rèn)設(shè)置擋位跟實際檔位一致。

（4）點擊人機(jī)界面下方“參數(shù)設(shè)置”按鈕，進(jìn)入設(shè)備“參數(shù)設(shè)置”界面（圖12）。根據(jù)工藝要求輸入“成纜節(jié)距”、“繞包節(jié)距”、“成纜直徑”等工藝參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需求對各部分進(jìn)行投、切及旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定。節(jié)距及成纜直徑參數(shù)在設(shè)備運(yùn)行中可實時調(diào)整以取得最佳效果，各部份投、切及旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定須在停機(jī)狀態(tài)下長按相應(yīng)按鈕2 s以上才能完成設(shè)定。

圖7 絞籠速度運(yùn)算程序

（5）因設(shè)備絞籠轉(zhuǎn)動慣量大，繞包機(jī)機(jī)械未設(shè)置停機(jī)制動裝置，造成設(shè)備在運(yùn)行速度較高的情況下，停機(jī)時各部分不能同步停止。對此，在控制程序上分別對牽經(jīng)機(jī)和絞籠作分速段延時停機(jī)控制，延時時長在同步設(shè)置界面中設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置界面中點擊“同步設(shè)置”按鈕進(jìn)入“同步設(shè)置”操作界面（圖13）。同步延時時間單位為0.1 s，設(shè)備在啟動5 s后同步延時控制程序生效，停機(jī)時牽引機(jī)和絞籠按界面上分速段延時時間表進(jìn)行延時停機(jī)。設(shè)備啟動后5 s內(nèi)停機(jī)則延時程序不起作用。

（6）在參數(shù)設(shè)置界面中點擊“長度設(shè)置”，可設(shè)置到米自動停機(jī)長度值。“計米系數(shù)”主要用于修正計米誤差，（計米系數(shù)＝實測長度值/設(shè)定長度值）。一般計米誤差不大的情況下設(shè)為1.000，人機(jī)交互界面顯示情況如圖14所示。

（7）為防止操作人員隨意調(diào)整“計米系數(shù)”造成計米不準(zhǔn)確，點擊“計米系數(shù)”進(jìn)行修改前，系統(tǒng)提示需要輸入權(quán)限密碼。輸入權(quán)限密碼后點擊確定獲得修改權(quán)限，可對“計米系數(shù)”進(jìn)行修改。獲得權(quán)限后，進(jìn)入“報警畫面”，點按報警界面左下角空白處5 s以上后，彈出極限參數(shù)設(shè)置隱藏畫面（圖15）。

圖8 長度計米及修正程序

在該極限參數(shù)設(shè)置界面上可設(shè)定絞籠和繞包頭極限轉(zhuǎn)速及點動速度，若超過設(shè)定值設(shè)備自動停機(jī)并告警提示（速度超限時若絞籠或繞包頭處于切除狀態(tài)，監(jiān)控界面上速度數(shù)值會變色提示，但不會停機(jī)和觸發(fā)報警）。點動轉(zhuǎn)速設(shè)定是對牽引電機(jī)點動轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，絞籠及繞包點動時轉(zhuǎn)速按點動時牽引線速和成纜、繞包節(jié)距、成纜直徑，經(jīng)計算后的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。（點動速度設(shè)定好后，需將牽引機(jī)安川F7變頻器中的d1-17點動頻率指令參數(shù)按點動頻率＝（點動速度÷1440）×50進(jìn)行設(shè)定）。

（8）點擊人機(jī)界面“操作畫面”按鈕，進(jìn)入設(shè)備“操作”界面（圖16）。

設(shè)備“啟動”、“點動”、“停止”可以在人機(jī)界面上操作，也可以在控制柜面板、并線模座、繞包機(jī)防護(hù)罩上的按鈕進(jìn)行操作。控制柜面板及收線機(jī)控制箱設(shè)有帶自鎖蘑菇頭“急停”按鈕，當(dāng)“急停”按鈕按下后設(shè)備停機(jī)，人機(jī)界面會出現(xiàn)告警提示，此時設(shè)備啟動及點動都被禁止無響應(yīng)，順時針轉(zhuǎn)動帶自鎖蘑菇頭“急停”按鈕進(jìn)行復(fù)位后告警消除，設(shè)備才可以進(jìn)行正常的啟、停和點動。

為方便絞籠裝盤，避免絞籠剎車油泵電機(jī)長時間工作過熱損壞，設(shè)備點動結(jié)束后“絞籠剎車”自動啟動并開始運(yùn)行計時，10 min內(nèi)再次“點動”計時清零重新開始；若計時超過10 min，剎車油泵電機(jī)自動停止。設(shè)備啟動時自動先將絞籠剎車油泵復(fù)位停止。

（9）人機(jī)界面“剎車”及“收線”2個按鈕實時顯示絞籠剎車及收線機(jī)工作狀態(tài)，同時也具備手動操作功能（按下按鈕2 s以上，可在自動和手動運(yùn)行2個狀態(tài)下切換），“故障復(fù)位”可用人機(jī)界面及控制柜面板上的“故障復(fù)位”按鈕復(fù)位，該按鈕主要用于3臺變頻器故障及外部電機(jī)熱繼電器保護(hù)動作后的故障復(fù)位，人機(jī)界面出現(xiàn)“外部故障”告警時，需在停機(jī)狀態(tài)下并且相應(yīng)故障排除后，按“故障復(fù)位”按鈕才能完成故障復(fù)位，設(shè)備恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

圖9 同步延時控制程序

圖10 開機(jī)界面

圖11 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控界面

圖12 參數(shù)設(shè)置界面

圖13 同步設(shè)置界面

圖14 長度設(shè)置界面

（10）為防止事故發(fā)生，設(shè)備運(yùn)行時“放線架升”“放線架降”操作無效，需在設(shè)備停機(jī)狀態(tài)下操作。放線架的升、降操作可以在觸摸屏“操作畫面”上、控制柜面板按鈕上操作也可以在放線架上的按鈕盒上操作。

（11）點擊人機(jī)界面“報警畫面”按鈕，進(jìn)入設(shè)備報警窗口（圖17）。設(shè)備出現(xiàn)報警時，在“監(jiān)控畫面”、“參數(shù)設(shè)置”、“操作畫面”標(biāo)題欄上出現(xiàn)滾動報警提示，如果此時點擊“報警畫面”打開報警窗口，會詳細(xì)列出報警時間、報警內(nèi)容并自動保存以備查看。故障排除后若需刪除故障記錄，選中相應(yīng)故障記錄后，點擊“報警清除”按鈕即可刪除。

圖15 極限參數(shù)設(shè)置界面

圖16 設(shè)備操作界面

圖17 報警界面

（12）點擊人機(jī)界面“退出系統(tǒng)”按鈕，人機(jī)界面返回至開機(jī)畫面。

5 改造效果

設(shè)備技術(shù)改造完成后，經(jīng)實際生產(chǎn)使用驗證，設(shè)備操作、維護(hù)方便，運(yùn)行參數(shù)直觀；設(shè)備成纜絞距、繞包節(jié)距等工藝參數(shù)設(shè)定、修改方便，并且在運(yùn)行中可根據(jù)實際絞合、繞包情況進(jìn)行實時微調(diào)、修正取得最佳效果；同步延時時間根據(jù)實際停機(jī)情況設(shè)定后，能實現(xiàn)較好的停機(jī)同步；設(shè)備運(yùn)行限速安全有效。設(shè)備技術(shù)改造達(dá)到預(yù)期效果。