翁劍

摘要：淺析基于西門子PLC、溫控儀、電驅(qū)動比例閥等控制元件，優(yōu)化改進擠出機的加熱與冷卻控制系統(tǒng)。實現(xiàn)減少用工崗位、減少人工作業(yè)不良、完成歷史數(shù)據(jù)的周期保存與可追溯，保障生產(chǎn)過程穩(wěn)定性和產(chǎn)品品質(zhì)的提升的需求。

關(guān)鍵詞：擠鉛機、溫控自動化、西門子PLC

引言

金屬擠鉛機作為海纜生產(chǎn)過程中的重要組成部分，決定海纜成品的阻水性能。國產(chǎn)主流擠鉛機，控溫冷卻部分仍為手工控制，存在一定的質(zhì)量隱患與不可追溯。得益于由于PLC控制系統(tǒng)、電子元器件的升級，以及暖通與制冷行業(yè)，流量精準(zhǔn)控制這一技術(shù)的成熟運用，使得擠鉛控溫這一部分智能化控制，具備實現(xiàn)的可能性。

工作原理

螺桿式擠鉛機工作原理與擠塑機類似，首先鉛錠借助于加熱系統(tǒng)高溫融化，通過特殊管道將熔融的鉛液導(dǎo)流至機身后，逐步降低溫度，改變鉛液形態(tài)，利用主機螺桿旋轉(zhuǎn)推力，把半凝固狀鉛液，推送出機頭，經(jīng)工裝模具成形，形成電纜表面金屬包覆層。

鉛狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，主要來源于溫度控制?？販胤譃榧訜岷屠鋮s兩部分。加熱主要依賴于控制加熱管的工作與否實現(xiàn)，而當(dāng)前的冷卻主要依靠人為手動調(diào)節(jié)機身冷卻水的大小，來匹配溫度控制需求，存在很大的風(fēng)險，一旦溫度波動較大，容易造成停機或者厚度不足甚至漏包等致命的缺陷。

控制系統(tǒng)分析

工藝要求

恒溫 溫差過大，能夠引起鉛管壁厚變化。

恒壓 擠出壓力恒定，保證鉛層厚度的均勻。

恒速 鉛層厚度的一致性。

控制難點分析

過程最大的難點在于在啟動降溫過程中，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提升，帶來大量的熱能，增加了對控制的難度。

生產(chǎn)過程：溫度控制要求整機控制在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，即溫度波動控制在≤5℃。

手工的控溫方式存在著如下缺陷：

對操作人員的技術(shù)要求高，需要經(jīng)1～2年以上的磨合，才能獨立上機操作;

操作人員工作、精神壓力大，必須實時關(guān)注溫度，隨時準(zhǔn)備調(diào)節(jié);

調(diào)節(jié)精度低。

系統(tǒng)設(shè)計

加熱部分設(shè)計思路 保留傳統(tǒng)溫控儀表，利用固態(tài)繼電器取代交流接觸器，主要是考慮降低故障率的同時，保留便于維修的優(yōu)點。PLC故障排查專業(yè)性較強，目前部分溫控儀表，采用PID模式控制，精度控制模式滿足實際使用需求?？紤]到溫度控制的重要與有效性，增加與儀表間的數(shù)據(jù)通訊，定時采樣保留數(shù)據(jù)，形成歷史曲線，便于故障分析與追溯。通過失效模式分析，增加部分關(guān)鍵點的測溫，保障實際溫度控制的精度與有效性。防止個別元器件失效造成的質(zhì)量異常。

冷卻部分設(shè)計思路 保留手動控制部分，增加自動控制支路;形成冗余設(shè)計，雙備份，應(yīng)對調(diào)試期間的缺陷以及突發(fā)故障的臨時切換。冷卻自動控制部分，主要采用電動比例閥，主要依靠溫控儀表根據(jù)實時溫度，反饋梳理電流驅(qū)動信號的輔助輸出觸點，驅(qū)動比例閥?？紤]維修便利的同時，減少投資費用。通過控制比例閥的通斷程度，控制冷卻介質(zhì)的流量，最終實現(xiàn)自動控溫。

硬件選型與組成

PLC的選型

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則：

盡可能滿足被控對象的控制需求;

在滿足控制要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。

系統(tǒng)的安全、可靠。

考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，選擇PLC的型號、I/O點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，偏于后期的系統(tǒng)調(diào)整和擴充。

溫控儀表

主要參考平時使用習(xí)慣以及設(shè)備本身需求功能，量程控制在：0～ 500℃;控溫方式：P.I.D調(diào)節(jié)。雙回路控制，帶485通訊功能即可。

冷卻元件的選型

電動溫控閥是流量調(diào)節(jié)閥在溫度控制領(lǐng)域的典型應(yīng)用，其基本原理：通過控制（冷）媒入口流量，以達到控制設(shè)備溫度。當(dāng)實際與設(shè)定值不一致時，通過改變閥門開啟度調(diào)節(jié)流量，使溫度恢復(fù)至設(shè)定值，選型主要依據(jù)管徑、控制儀表驅(qū)動信號源來選擇。

控制設(shè)計

結(jié)合硬件配置，系統(tǒng)控制相對簡單。設(shè)計硬件選配：PLC電源模塊、可編程控制器、輸入模塊、輸出模塊、AI模塊等;

利用儀表的通訊接口，與PLC進行485通訊，形成歷史數(shù)據(jù)的存儲，同時增加的幾組利用PLC的AI模塊，進行溫度的監(jiān)視，主要在于防止儀表控制失效或者測溫單元不準(zhǔn)時的二次監(jiān)視。有利于生產(chǎn)過程控制。

利用西門子S7編程軟件或博途，進行編譯。（如圖1數(shù)據(jù)通訊、圖2溫度監(jiān)視控制）

實際運行效果及后期優(yōu)化方向

內(nèi)部改進優(yōu)化后，溫度實際控制精度±2.5℃，遠超原先手工控制精度。運行反饋良好，溫度控制歷史數(shù)據(jù)的保存與可追溯，實現(xiàn)了設(shè)備運行狀態(tài)的追溯，為設(shè)備預(yù)知保養(yǎng)，提供了一定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。后期可以進一步優(yōu)化部分，如水冷系統(tǒng)的精度可以通過增加PLC功能模塊，實現(xiàn)雙PID精準(zhǔn)控制;一鍵啟動，自動按照手工、時間操作順序運行，減少個人操作經(jīng)驗不同帶來的不良等。

參考文獻

廖常初. S7–300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

劉華波，何文雪，王雪.西門子S7–300/400 PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.