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(dòng)，絞籠、繞包、牽引機(jī)配用多擋變速箱完成有限級(jí)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(jiǎn)單、成本較低，但存在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備絞距、繞包節(jié)距規(guī)格有限且相對(duì)固定不可調(diào)整等缺點(diǎn)。

1臺(tái)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(dòng)器以分電機(jī)傳動(dòng)方式對(duì)，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(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、計(jì)米長(zhǎng)度、成纜線速等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)可實(shí)時(shí)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(dòng)控制的實(shí)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(duì)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(jì)算出實(shí)時(shí)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(duì)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(jì)算出繞包電機(jī)和絞籠電機(jī)對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)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(dòng)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(duì)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(shí)直接寫入程序中對(duì)應(yīng)擋位進(jìn)行調(diào)用。驅(qū)動(dòng)控制流程見圖1，（1+6）/400籠絞機(jī)各部傳動(dòng)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(tái)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(tái)，3.7 kW的2臺(tái)）。

2.2 I/O端子分配（圖2）

圖1 分電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制流程

表1 （1+6）/400籠絞機(jī)各部傳動(dòng)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(jiǎn)單。

在實(shí)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(shí)測(cè)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(shí)時(shí)顯示設(shè)備當(dāng)前給定速度下各部分對(duì)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(duì)可編程控制器控制程序進(jìn)行編寫、仿真、驗(yàn)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(diǎn)動(dòng)速度運(yùn)算程序

（2）模擬通道設(shè)定及點(diǎn)動(dòng)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(zhǎng)度計(jì)米及修正（圖8）。

（7）同步延時(shí)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(shí)，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(shí)對(duì)可能發(fā)生的錯(cuò)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(diǎn)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(jì)米值非正常復(fù)位丟失生產(chǎn)計(jì)米長(zhǎng)度，“計(jì)米復(fù)位”必須在設(shè)備停機(jī)狀態(tài)下且長(zhǎng)按“計(jì)米復(fù)位”按鈕5 s以上，系統(tǒng)才會(huì)將計(jì)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(shí)際檔位一致。

（4）點(diǎn)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(duì)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(shí)時(shí)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(zhǎng)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(dòng)慣量大，繞包機(jī)機(jī)械未設(shè)置停機(jī)制動(dòng)裝置，造成設(shè)備在運(yùn)行速度較高的情況下，停機(jī)時(shí)各部分不能同步停止。對(duì)此，在控制程序上分別對(duì)牽經(jīng)機(jī)和絞籠作分速段延時(shí)停機(jī)控制，延時(shí)時(shí)長(zhǎng)在同步設(shè)置界面中設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置界面中點(diǎn)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(shí)時(shí)間單位為0.1 s，設(shè)備在啟動(dòng)5 s后同步延時(shí)控制程序生效，停機(jī)時(shí)牽引機(jī)和絞籠按界面上分速段延時(shí)時(shí)間表進(jìn)行延時(shí)停機(jī)。設(shè)備啟動(dòng)后5 s內(nèi)停機(jī)則延時(shí)程序不起作用。

（6）在參數(shù)設(shè)置界面中點(diǎn)擊“長(zhǎng)度設(shè)置”，可設(shè)置到米自動(dòng)停機(jī)長(zhǎng)度值?！坝?jì)米系數(shù)”主要用于修正計(jì)米誤差，（計(jì)米系數(shù)＝實(shí)測(cè)長(zhǎng)度值/設(shè)定長(zhǎng)度值）。一般計(jì)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(jì)米系數(shù)”造成計(jì)米不準(zhǔn)確，點(diǎn)擊“計(jì)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(diǎn)擊確定獲得修改權(quán)限，可對(duì)“計(jì)米系數(shù)”進(jìn)行修改。獲得權(quán)限后，進(jìn)入“報(bào)警畫面”，點(diǎn)按報(bào)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(zhǎng)度計(jì)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(diǎn)動(dòng)速度，若超過設(shè)定值設(shè)備自動(dòng)停機(jī)并告警提示（速度超限時(shí)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(huì)變色提示，但不會(huì)停機(jī)和觸發(fā)報(bào)警）。點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定是對(duì)牽引電機(jī)點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，絞籠及繞包點(diǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速按點(diǎn)動(dòng)時(shí)牽引線速和成纜、繞包節(jié)距、成纜直徑，經(jīng)計(jì)算后的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。（點(diǎn)動(dòng)速度設(shè)定好后，需將牽引機(jī)安川F7變頻器中的d1-17點(diǎn)動(dòng)頻率指令參數(shù)按點(diǎn)動(dòng)頻率＝（點(diǎn)動(dòng)速度÷1440）×50進(jìn)行設(shè)定）。

（8）點(diǎn)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(dòng)”、“點(diǎn)動(dòng)”、“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?？刂乒衩姘寮笆站€機(jī)控制箱設(shè)有帶自鎖蘑菇頭“急停”按鈕，當(dāng)“急?！卑粹o按下后設(shè)備停機(jī)，人機(jī)界面會(huì)出現(xiàn)告警提示，此時(shí)設(shè)備啟動(dòng)及點(diǎn)動(dòng)都被禁止無響應(yīng)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶自鎖蘑菇頭“急?！卑粹o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(diǎn)動(dòng)。

為方便絞籠裝盤，避免絞籠剎車油泵電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作過熱損壞，設(shè)備點(diǎn)動(dòng)結(jié)束后“絞籠剎車”自動(dòng)啟動(dòng)并開始運(yùn)行計(jì)時(shí)，10 min內(nèi)再次“點(diǎn)動(dòng)”計(jì)時(shí)清零重新開始；若計(jì)時(shí)超過10 min，剎車油泵電機(jī)自動(dòng)停止。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)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(gè)按鈕實(shí)時(shí)顯示絞籠剎車及收線機(jī)工作狀態(tài)，同時(shí)也具備手動(dòng)操作功能（按下按鈕2 s以上，可在自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行2個(gè)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(tái)變頻器故障及外部電機(jī)熱繼電器保護(hù)動(dòng)作后的故障復(fù)位，人機(jī)界面出現(xiàn)“外部故障”告警時(shí)，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(shí)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(zhǎng)度設(shè)置界面

（10）為防止事故發(fā)生，設(shè)備運(yùn)行時(shí)“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(diǎn)擊人機(jī)界面“報(bào)警畫面”按鈕，進(jìn)入設(shè)備報(bào)警窗口（圖17）。設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，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(dòng)報(bào)警提示，如果此時(shí)點(diǎn)擊“報(bào)警畫面”打開報(bào)警窗口，會(huì)詳細(xì)列出報(bào)警時(shí)間、報(bào)警內(nèi)容并自動(dòng)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(diǎn)擊“報(bào)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(bào)警界面

（12）點(diǎn)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(shí)際生產(chǎn)使用驗(yàn)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(shí)際絞合、繞包情況進(jìn)行實(shí)時(shí)微調(diào)、修正取得最佳效果；同步延時(shí)時(shí)間根據(jù)實(shí)際停機(jī)情況設(shè)定后，能實(shí)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。