电缆管设备排线控制部分技术改造———电缆管设备排线控制部分技

随着市场需求和公司发展要求，公司购置了新的电缆管设备。电缆管设备原来的系统硬件由提升装置、卷取收线装置、横移排线装置及排线控制器等组成，其中卷取收线装置电机和横移排线装置电机由变频器驱动，利用排线控制器对横移排线速度进行控制。然而运行情况证明排线效果并不很好，横移排线速度时快时慢，铜管排线间隙时大时小，有时铜管重叠，给生产带来及大不便。为此，厂家也多次派人来调试过，效果仍旧不佳，严重影响电缆管的成材率、生产效率和产量，对系统横移排线部分进行改造势在必行。

  一、 系统硬件改造
        分析了电缆管设备的控制原理后，决定对原有的提升装置、卷取收线装置不做改造，仅在原有控制电路的基础上，就排线速度控制系统部分进行局部改造。改造后的排线速度控制系统由收线转速检测单元、PLC（西门子s7-224PLC和EM235模拟量控制模块）及排线控制变频器等几部分组成(如图1所示)。其中收线转速检测单元由光电编码器完成，光电编码器将卷取电缆盘转速转换成电脉冲信号，输入到PLC的高速输入端（如：I0.0），利用PLC的高速计数功能对脉冲信号计数并计算出电缆盘的实际转速，计算出排线电机需要的运转频率，最后通过PLC模拟量输出模块传给横移排线变频器，从而达到排线速度的精确控制。改造后的硬件系统原理图见附页。


  
二、 横移排线速度控制的软件设计
        首先要对卷取电缆盘的实际速度进行实时精确的检测，进而根据铜管的外径和横移排线丝杆的节距计算出电缆管排线需要横移的距离，考虑到横移排线电机的机械传动比，从而得到排线横移变频器的给定速度，达到横移排线速度的精确控制。
1，电缆盘的实际转速检测：
        由于电缆盘转动半径大的特点电缆盘的实际转速并不很高，将编码器与电缆盘同轴联结减小了减速机传动上的误差，确保对电缆盘实际转速测量的精度。将光电编码器的脉冲信号输入到PLC的高速输入端口I0.0上, 利用PLC 的高速计数功能对编码器进行计数，编写相应程序进一步计算出电缆盘的实际转速。
假设与电缆盘同轴联接的光电编码器每旋转一周输出脉冲数为p，在检测时间为t(s)内的计数脉冲数为m，则电缆盘的实际转速n(r/min)为：      n = 60m/pt     ①
2，横移排线电机的速度控制：
要对横移排线速度进行精确控制，必须建立科学的数学模型公式。那么首先搞清以下几个公式：
(1) 单位时间内卷取电缆盘每转一转，横移排线丝杆应移动一个铜管外径φ的距离。φ(mm)为铜管外径，L(mm)为丝杆节距,n（r/min）为卷取电缆盘的转速就可以得到排线丝杆的转速n1（r/min）：                n1=n*φ/L                      ②
(2) 由排线丝杆转速n1（r/min），横移排线电机的机械传动比k,可以得到横移排线电机需要的电机转速n2（r/min）:        n2=n1*k                      ③
(3) 由于横移排线变频器根据U/f曲线控制横移排线电机在额定转速n0以下运行，横移排线变频器给定0-10v的模拟控制电压横移排线电机转速在0－－n0之间，那么给定电压为V时横移排线电机的转速n2应为：     n2=n0*V/10；                  ④
由于s7-200PLC模拟输出电压0-10V对应的控制字为0-32000,对应的排线电机转速为0－－n0，则PLC排线速度输出控制字为Vset时横移排线电机转速n2为:
n2=n0*Vset/32000                      ⑤
(4) 综合上述数学模型公式不那得出：外径为φ的铜管卷取时需要的横移排线给定速度控制字Vset公式：
Vset=32000*k*φ*n/(n0*L)
其中：k：横移电机的机械传动比
     φ：铜管外径（mm）   
n：卷取的电缆盘的实际转速(r/min)
n0：横移排线电机额定转速(r/min)
      L：横移排线丝杆节距(mm)。
3．上述的排线速度公式基本满足了要求，但有时可能需要进行横移排线补偿，对此也做了改造。
手动横移排线速度补偿仍采用原有的继电器控制方式对排线变频器进行加速控制，另外加装压臂装置利用压臂左右摆动的检测开关（接近开关）对铜管的横移排线速度进行动态自动校正，控制更方便、灵活，控制精度更高。
4．根据上述设计思想和数学模型公式，编写相应的PLC程序。下载程序调试并试运行多日，效果明显。

  三、总结：
       经过对电缆管横移排线的改造，排线速度得到了有效地控制，解决了卷取速度时快时慢，排线间隙时大时小的现象，提高了成材率和生产效率，保障了电缆管设备的正常运行。事实证明：电缆管设备的排线部分改造是成功的。


附图1：改造后的排线控制附加原理图

  技术设计：唐光锋
参与人员：王晓磊  王传宾
                                                      2008年11月10日