李政敏，韋 寧

（1. 貴州廣播電視大學(xué)(貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院)，貴陽 550023；2. 貴州大學(xué) 外國語學(xué)院，貴陽 550003）

0 引言

貴州輪胎股份有限公司的第一條國產(chǎn)工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線于1996在三分廠投入生產(chǎn)，實現(xiàn)對23.5-25系列規(guī)格工程胎胎胚的胎面膠條進行層貼纏繞。其工藝流程簡化框圖如圖1所示。φ120銷釘螺桿螺桿擠出機傳動系統(tǒng)采用英國CT公司的直流調(diào)速器控制；熱擠出的膠條經(jīng)纏繞輔線（從運輸帶→冷卻鼓→纏繞站→纏貼頭→纏繞鼓）的輸送過程和纏貼過程的邏輯動作采用FX1N PLC控制。

圖1 國產(chǎn)工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線的工藝流程框圖

1 技術(shù)改造的原因

隨著工程胎工藝的成熟和生產(chǎn)任務(wù)的加重，老國產(chǎn)工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)已不能滿足纏繞胎面工藝質(zhì)量的要求和產(chǎn)量的提高，需要技術(shù)改進才能提高胎面膠條纏繞的產(chǎn)量和質(zhì)量。出現(xiàn)的問題主要體現(xiàn)為：

1）擠出機的直流調(diào)速器電氣故障較多，勵磁控制板在雷雨天氣容易壞。

主要原因：雷電時分，大氣中的高頻電磁波的輻射干擾，引起勵磁控制板的電感性元件發(fā)生頻率共振，出現(xiàn)過流或過壓而損壞。

2）主電機容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)，硬的膠料（如271#）無法正常從擠出機的口型擠出來。勉強擠出的膠條因表面粗糙、斷面形狀不規(guī)則而不能滿足工藝質(zhì)量的要求，而且在膠條向纏繞鼓上輸送的過程特別容易斷膠。胎面采用271#膠料進行纏繞時，生產(chǎn)無法正常進行，胎面纏繞工藝質(zhì)量更不能滿足。

主要原因：生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)整后，原來在進口纏繞機上纏繞胎面的部分大規(guī)格胎胚（如18.00-25系列）外移到國產(chǎn)纏繞機上進行胎面纏繞，所用的膠料硬度加大、喂膠量增大。負載增大時，75KW擠出機直流電機的運行電流急劇增大、轉(zhuǎn)速驟然下降甚至為零而發(fā)生堵轉(zhuǎn)。

3）纏繞過程中，膠條容易斷；若纏繞操作工發(fā)現(xiàn)不及時，未及時停車，容易造成纏貼頭“空纏”，頻繁手動補膠條的直接后果是纏繞胎面的外觀形狀差、斷面和重量失控。

主要原因：纏繞輔線與擠出機之間以及纏繞輔線前后段之間的傳動速度匹配精度不夠；膠料的性能改變；且PLC電氣控制系統(tǒng)無“斷膠”自動檢測控制裝置，不能自動檢測膠條供膠的連續(xù)性，發(fā)生“斷膠”時不能自動停、起纏繞程序的執(zhí)行，而是靠操作工人人工觀察膠條的連續(xù)性、手動控制纏繞機的起停，這樣會直接影響纏繞胎面的重量和工藝質(zhì)量。

4）不能適應(yīng)多規(guī)格纏繞任務(wù)，體現(xiàn)為生產(chǎn)能力不足。

主要原因：擠出機拖動能力不足；原PLC的用戶程序纏繞配方號只有9個，不利于單機多規(guī)格纏繞胎胚的生產(chǎn)計劃調(diào)整。

2 技術(shù)改造的方案

1）改進φ120螺桿擠出機直流電機的直流調(diào)速器控制系統(tǒng)。

2）改進PLC的電氣控制系統(tǒng)。

3 電氣控制系統(tǒng)技術(shù)改造的主要內(nèi)容

為解決原擠出機控制系統(tǒng)的電氣故障多的問題，完善國產(chǎn)纏繞機控制系統(tǒng)的自動控制功能，滿足多規(guī)格纏繞生產(chǎn)任務(wù)和改進胎面纏繞的工藝質(zhì)量的需要，對該生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)作了如下改進：將英國CT公司的直流調(diào)速器改換為SINMENS 公司的6RA23系列直流調(diào)速器；增大擠出機拖動電機的功率；對連續(xù)供料的國產(chǎn)纏繞機增加“斷膠”自動檢測控制裝置；并開發(fā)PLC控制器的程序，增大其數(shù)據(jù)處理能力，發(fā)揮控制系統(tǒng)的應(yīng)有水平等。

3.1 直流調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)的改進

國產(chǎn)纏繞機的φ120擠出機的直流電機原采用英國CT公司的直流調(diào)速器MENTORⅡ進行調(diào)速，調(diào)速的方式為改變電樞電壓調(diào)速和改變磁通φ調(diào)速。將MENTORⅡ改為SINMENS 公司的6RA23系列直流調(diào)速器后，主要采用電樞電壓調(diào)速。這里比較兩類直流調(diào)速器控制系統(tǒng)的調(diào)速功能的異同。

φ120擠出機的直流電機拖動系統(tǒng)具有典型的恒功率型機械特性，其負載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n成反比，即TL＝K/n（或K＝TLn∝P）；因此若膠料變硬TL，則擠出機的負載增大，螺桿的轉(zhuǎn)速立即下降。

φ120擠出機的直流電機的勵磁方式為他勵式，其機械特性方程式為：

由（1）式知，要改變他勵直流電機的轉(zhuǎn)速n，有三種方式：改變串入電樞電路的電阻Rad，改變電樞電壓U，改變磁通φ（改變勵磁電流If）。后面兩種調(diào)速方式的機械特性曲線如圖2和圖3所示。

其中最常采用的是改變電樞電壓調(diào)速方式如圖2所示，因為它的優(yōu)點是在額定電樞電壓范圍內(nèi)調(diào)速，電動機的機械特性硬度不變，并且容易做到無級調(diào)速，控制靈活方便，調(diào)速范圍廣。因此MENTORⅡ和6RA23直流調(diào)速器均采用了改變電樞電壓調(diào)速的方式。

圖2 改變電樞電壓的機械特性曲線

圖3 改變電樞電壓的機械特性曲線

圖3改變磁通φ（改變勵磁電流If）方式存在的不足在于：弱磁控制時，當磁通過分弱后，如果負載轉(zhuǎn)矩TL不變，將使電動機的電樞電流Ia大大增加，電磁轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速隨著升高；如果調(diào)速前電動機已在額定電流下運行，那么，調(diào)速后的電樞電流將超過額定電流而嚴重過載，導(dǎo)致直流電動機溫升過高、功率消耗大，效率下降，而且容易引起直流調(diào)速器電子板上的元器件發(fā)熱、性能下降甚至損壞。這就是MENTORⅡ直流調(diào)速器采用改變磁通φ調(diào)速（改變勵磁電流If）存在的主要問題；外加要將變電樞電壓調(diào)速和變勵磁調(diào)速的電路參數(shù)整定到最佳配合值的難度較大；故將MENTORⅡ直流調(diào)速器改為6RA23直流調(diào)速器：變電樞電壓調(diào)速。

3.2 更換電動機

當直流調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)及拖動控制系統(tǒng)正常工作、喂料均勻時，才能保證膠料平穩(wěn)地從擠出機內(nèi)擠出，得到的擠出膠量單位長度的重量和體積基本在一常數(shù)值。

由于進口纏繞機上纏繞胎胚外移到國產(chǎn)纏繞機上纏繞胎面，所用膠料硬度增大，導(dǎo)致擠出機直流電機的負載轉(zhuǎn)矩TL增大為TL′?？蛰d時，直流電機能夠正常啟動和運轉(zhuǎn)；一旦帶上負載，因TL′的增大超過了直流電機的額定啟動轉(zhuǎn)矩，這時直流電機的電樞轉(zhuǎn)速立即下降、電樞電流驟然上升，直到出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)?？吹降默F(xiàn)象就是：膠料在擠出機內(nèi)的蠕動性差，熱擠出的膠料表面粗燥、色澤暗淡、幾何形狀不規(guī)則，擠出膠量單位長度的重量和體積波動很大；而且擠出機的螺桿常常因此不能轉(zhuǎn)動。

分析原因是：生產(chǎn)負荷的增加，原有75KW直流電機的輸出功率偏小。

解決辦法：更換功率較大的直流電機90KW，增大直流電機的額定輸出轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩抗衡。滿足新的轉(zhuǎn)矩平衡方程：TM′＝ TL′+ Td。（TM′、TL′、Td分別是：電磁轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩和動態(tài)轉(zhuǎn)矩）。

75KW直流電機的額定轉(zhuǎn)矩：

90KW直流電機的額定轉(zhuǎn)矩：

實踐證明：3.1與3.2的改進解決了φ120螺桿擠出機控制系統(tǒng)輸出功率和拖動能力不足的問題；大大減少了直流調(diào)速器控制系統(tǒng)的電氣故障。

3.3 增加“斷膠”自動檢測控制裝置

“斷膠”自動檢測控制裝置自動檢測膠條供料的連續(xù)性。通過PLC的控制，自動控制纏繞機的停止和再啟動，避免纏繞機出現(xiàn)纏繞鼓上無膠條的 “空纏”現(xiàn)象。

所作的改進電路如圖4所示。

圖4 改進后電路示意圖

在纏繞站的纏貼頭位置（離纏繞鼓最近）增加了“斷膠”自動檢測控制裝置后，不僅能夠檢測到“斷膠”，即發(fā)生了膠條供料不連續(xù)的情況；而且也能檢測到膠條的“寬窄”。不管是發(fā)生“斷膠”還是膠條過窄，光電開關(guān)的輸出回路電路的狀態(tài)均會發(fā)生改變，PLC程序檢測到“斷膠急停信號”后，立即暫停纏繞程序的執(zhí)行，待膠條連續(xù)和膠寬正常后，又可啟動纏繞機纏繞程序、完成后續(xù)的纏繞配方程序數(shù)據(jù)的執(zhí)行。

增加“斷膠”自動檢測控制裝置的優(yōu)點：可避免纏繞操作工發(fā)現(xiàn)“斷膠”不及時而造成的纏繞鼓“空纏”膠條現(xiàn)象；避免手動補膠條引起纏繞胎面的外觀有明顯異常凹凸和重量波動過大等工藝質(zhì)量問題；方便操作人員的操作，提高生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度等。

另外，調(diào)整、優(yōu)化擠出機與纏繞輔線各傳動段的速度控制參數(shù)，合理調(diào)節(jié)膠條的張力，盡量避免張力過大或過小引起“斷膠”的發(fā)生。對國產(chǎn)纏繞機工程胎纏繞胎面的工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有一定程度的提高。

3.4 增加纏繞機的安全急停功能

在φ120冷喂料銷釘螺桿擠出機的喂料口左、右側(cè)均加裝一個急停保護開關(guān)，在壓型輥口型側(cè)面也加裝了一個急停保護開關(guān)，確保擠出機或壓型輥的喂料口有急停保護功能，提高操作的安全性。

3.5 開發(fā)PLC用戶程序處理能力

技改前，F(xiàn)X1N PLC的用戶程序纏繞配方號只有9個，胎面纏繞的規(guī)格數(shù)量受到限制，極其不利于單機多規(guī)格纏繞胎胚的生產(chǎn)計劃調(diào)整。為適應(yīng)多規(guī)格纏繞任務(wù)，重新開發(fā)了PLC的用戶程序，將纏繞配方號的數(shù)量增加到20個，即可以在老國產(chǎn)φ120纏繞機上纏繞20種不同規(guī)格的胎胚胎面，大大提高了PLC的程序數(shù)據(jù)處理能力。

4 技術(shù)改進的效果

1）減少了φ120擠出機的直流電機調(diào)速器控制系統(tǒng)的電氣故障，不必再擔心雷雨天氣會發(fā)生MENTORⅡ直流調(diào)速器燒壞勵磁板的“自然災(zāi)害”故障。

2）便于儲備通用的直流調(diào)速器，節(jié)約備件成本：技改前，MENTORⅡ直流調(diào)速器/臺價值3萬元左右；技改后，6RA2337直流調(diào)速器價值16732元/臺。

3）實現(xiàn)了φ120擠出機的對271#等規(guī)格硬膠料的擠出，且擠壓出的膠料形狀規(guī)則，符合工藝要求。為分擔McNeil纏繞機部分規(guī)格的胎胚胎面纏繞任務(wù)確立了可行性。

4）增加了自動檢測膠條供料連續(xù)性的自動檢測控制裝置，通過PLC的控制，自動控制纏繞生產(chǎn)線的停止和再啟動，避免出現(xiàn)纏繞鼓上無膠條的 “空纏”現(xiàn)象；同時便于操作，避免“斷膠”后操作人員手動補膠對胎胚一次纏繞合格率的影響，避免手動補膠纏繞胎面的外觀形狀和重量等帶來不利影響。

5）開發(fā)了PLC的用戶程序，將纏繞配方號由9個增加到了20個，增強了PLC自動控制系統(tǒng)的功能，便于單機多規(guī)格胎面纏繞計劃的順利完成。

5 結(jié)束語

在實際生產(chǎn)過程中，國產(chǎn)工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)曾出現(xiàn)了不能滿足工藝質(zhì)量和生產(chǎn)要求的棘手問題。 “對癥下藥”地對控制系統(tǒng)進行了技術(shù)改進，完善了PLC自動控制系統(tǒng)的控制功能。解決上述棘手問題，明顯提高了國產(chǎn)纏繞機纏繞胎面的工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約了維修成本和備件成本，提高了老國產(chǎn)胎面纏繞生產(chǎn)線的整體運行水平。

[1] 鄧星鐘. 機電傳動控制[M]. 武漢: 華中科技大學(xué)出版社,2001.

[2] FX1N PLC 編程手冊[Z].

[3] MENTORⅡ直流調(diào)速器用戶手冊[Z].

[4] 6RA23直流調(diào)速器用戶手冊[Z].