电缆生产线控制系统分析与设计

1 引言

    现在电缆工业具有复杂、规模大、高速、高效的特点，因而对生产自动化提出了越来越高的要求。随着半导体集成电路大规模的发展，电线 设备从早期的分立元件构成的简单逻辑线路系统，发展到CPU数字化平台的智能化仪表和计算机构成的独立控制系统。目前大多数采用IPC和PLC及智能仪表 等自动化控制技术集成控制生产线的流程线。

    本文研讨通过张力信号控制电机的转速，使电缆生产线上电线的张力接近为零。

2 生产工艺问题分析

    我们采用的电缆生产过程为：为保证挤塑机机筒内塑料温度恒定，设备采用水、风同时冷却方式。当机头挤出塑料温度、光泽、速度合适时，启动生产线。在联动控制 状态下，放线机、挤塑机、牵引机、收线机的运行速度能够根据生产工艺要求和生产经验自动调整，以达到张力合适，稳定生产的目的。裸铜墙铁壁线经过挤塑机机 头后被塑封上均匀的塑料，测径后经水槽冷却至40～60℃，通过风机吹干去掉电线上的水珠后印字。

    系统控制目标为：电线前张力，电线后张力，挤塑机速度，电线线径，点运动速度，冷却水温度，冷却水箱液位，挤出机冷却水压力等。

3 电线生产主线控制模式

    3.1 电线生产线系统结构

    恒线速度恒张力调节系统用以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。收盘机为卷取张力调节系统，放盘机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。 挤塑机的速度应跟随电线的牵引速度，同时也受线径的扰动调节。挤塑机温度控制分四段独立控制，也受线速度的影响。水冷却系统采用水箱与水槽循环水温度控制 方案。卷盘的自动排线系统采用以线速度、卷径、线径作为变量控制电机。整个系统用PLC控制启动和停止。系统结构如图1所示。

    电缆生产线采用PLC控制整个系统的运行，用变频器来控制牵引机，DSC直流调速装置用来控制卷取机，收卷机和挤塑机，通过PLC在生产过程中进行采集控制变频器和DCS，从而实现生产线的启动，升速降速与运行。系统因些而可靠易于操作。

图1 电线生产线设备及系统结构图

    (1)开卷机的工作。开卷机由DCS400控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节。开卷机张力给定，张力反馈信号和开 卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力 恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速 度转动，从而使电缆张力保持恒定，如图2所示。

图2 开卷机工作原理

   (2) 牵引机的工作原理。牵引机[1.2]是一个大惯性环节，通过变频器来控制其启动、调速和停车，用它来提供基速，开卷机、卷取机和挤塑机跟随牵引机的速度运 行，从而才能保证电线的速度恒定，从而电线上的张力很小，牵引机的速度给定电压通过一个比例调节器加在挤塑机的速度给定端，作为挤塑机的速度给定信号;这 个信号决定了塑料的流速，从而决定了电线的线径的粗细，因而牵引机的速度必须保持基本恒定，对于不同的线径，通过变频器施加相应的给定，通过高度以满足生 产所需电线直径的线速度。但这个信号与线径检测仪输出的线径信号之间形成一个大滞后的闭环控制系统，实现线径回控的难度相当大。

图3 牵引机工作原理

    3.2 电线生产的总体工作过程

    先启动开卷电机及在给定段加一个微电压给定，让生产线上的电线有一定的微张力;再启动挤塑机，即将牵引机的 电压给定通过一个比例运算器用DCS400实现转速、电流双闭环调速系统的给定端，使挤塑机先稳定运行下来，同时挤塑机中的热电阻朋电，上料器中的塑料也 随温度的升高而开始溶化;牵引机接着启动，采用变频器控制调速，对于不同规格的线径采用相对立的电压给定信号，电线越粗牵引机速度越小，相应的给定电压也 越小，卷取机最后启动，也是由DCS400实现张力、电流双闭环可逆调速系统，从而集中保持电线上的张力恒定。卷取机和开卷机形成了独立的控制系统。

4 PLC电气控制

    电缆生产线中采用PLC来控制开卷机、牵引机、卷取机和挤塑机的启动、运行和停车。

    PLC装置采用西门子S7系列。

    PLC1中I0.1为生产线启动信号，I0.2为生产线停止信号。

    PLC2中I0.1控制旋转方向，I0.2为紧急停车信号，I0.3为故障信号，I0.4为斜率选择信号，I0.5为固定速度1信号，I0.6为固定速度信号2信号。

    梯形图如图4所示。

图4 梯形图

5 结束语

    本系统详细论述了电缆生产线的工作流程核心自动化问题和所用设备，同时叙述了电缆生产线生产的原理及过程。