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(mén)子（SIEMENS） S7-300系列PLC，直流調(diào)速器采用西門(mén)子6RA70，變頻調(diào)速器采用西門(mén)子6SE70，多種檢測(cè)信號(hào)通過(guò)分布式I/O組件ET200M系列模塊，經(jīng)由 PROFIBUS-DP傳送至PLC。文中簡(jiǎn)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(guò)程，列出電控系統(tǒng)的硬件型號(hào)及特點(diǎn)。介紹了西門(mén)子S7-300PLC、西門(mén)子直流驅(qū)動(dòng)裝置和變頻器的簡(jiǎn)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(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，特別是西部經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)對(duì)電力電纜的要求越來(lái)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(duì)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(chǎng)多臺(tái)，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(jiǎn)單闡述。

1 機(jī)組組成

該機(jī)組由一臺(tái)DKTE-104×36（螺桿直徑104 mm，長(zhǎng)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(tái)主電機(jī)、兩臺(tái)失重式喂料稱、潤(rùn)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(tái)（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(guó)西門(mén)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(mén)子6SE70系列變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)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(tái)的起停、聯(lián)鎖控制、故障顯示、報(bào)警由一臺(tái)德國(guó)西門(mén)子公司的S7—300系列PLC來(lái)完成，作為控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組內(nèi)各種控制元件的邏輯與時(shí)序控制，并通過(guò)觸摸屏和PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(tái)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(tái)電機(jī)只能從后級(jí)逐級(jí)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(kāi)機(jī)。停機(jī)時(shí)則與起動(dòng)順序相反，要按照開(kāi)機(jī)相反的順序依次停止各臺(tái)電機(jī)。如果中間某級(jí)電機(jī)發(fā)生故障或者誤操作到停止按鈕，則此級(jí)以上的電機(jī)都要停止。

例如，在聯(lián)鎖狀態(tài)中各臺(tái)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(duì)應(yīng)的綠燈亮，指示相應(yīng)的分部運(yùn)行正常。各分部對(duì)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(lái)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(wèn)題。該機(jī)組采用西門(mén)子6ES7331-7KF02-0AB0溫度（模擬量輸入）模塊，來(lái)采集機(jī)筒及機(jī)頭換網(wǎng)的溫度信號(hào)，只要在程序中調(diào)用FB58溫度PID調(diào)節(jié)模塊來(lái)對(duì)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(huà)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(zhǎng)，就可以長(zhǎng)時(shí)間（需大容量存儲(chǔ)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(lái)自美國(guó)Cala公司的水下切粒系統(tǒng)和德國(guó)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(lái)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(duì)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(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）來(lái)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(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)對(duì)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(cè)電動(dòng)機(jī)輸出的扭距和轉(zhuǎn)速，并通過(guò)以便于一臺(tái)3顯示的扭距測(cè)量?jī)x來(lái)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行顯示和向PLC變送輸出測(cè)量數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)者可對(duì)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(cè)量的推力軸承承受的力和熔體壓力傳感器測(cè)量的機(jī)頭處所承受的壓力可作比較，可更直接的監(jiān)測(cè)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(lái)完成，這里不再贅述。下輔機(jī)則是通過(guò)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(lái)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(cāng)的過(guò)程。在此過(guò)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(rùn)滑油泵故障，停潤(rùn)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(kāi)停，應(yīng)先開(kāi)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(guò)高報(bào)警延時(shí)20 s停化學(xué)電機(jī)；

（11）過(guò)濾網(wǎng)前壓力高高限報(bào)警停主機(jī)；

（12）沸騰料倉(cāng)、成品料倉(cāng)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(kāi)停應(yīng)先開(kāi)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)。現(xiàn)場(chǎng)超溫開(kāi)關(guān)信號(hào)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(yǔ)

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(duì)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(mén)子 SIMATIC STEP 7 V5.5編程 參考手冊(cè)

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

［3］ 唐濟(jì)揚(yáng). 現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)期從事橡膠、塑料機(jī)械電氣設(shè)計(jì)工作。

2015-03-16