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        基于PLC和變頻器的針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)線改造

        2021-12-17 09:09:00林祥勇
        電子制作 2021年22期
        關(guān)鍵詞:變頻器針刺生產(chǎn)

        林祥勇

        (福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械與智能制造學(xué)院,福建福州,350007)

        1 概述

        可編程邏輯控制器也稱為PLC,是目前工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛的電氣控制設(shè)備,近幾年隨著國產(chǎn)PLC的迅猛發(fā)展,PLC的價格也越來越平民化。編程控制器具有使用方便,編程簡單、功能強(qiáng),性能價格比高、硬件配套齊全,用戶使用方便,適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件,使電氣控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。使得系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修等較以往方便快捷,簡單易行,維修方便,同時還提高了控制的自動化水平,因此在工業(yè)上受到廣泛使用。

        針刺無紡布是無紡布的一種,它以聚酯、滌綸、丙綸等原料制造,經(jīng)過多次針刺后再通過適當(dāng)熱壓處理而成。生產(chǎn)過程中結(jié)合產(chǎn)品的不同工藝要求,搭配不同材料,制成上萬種各種規(guī)格的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)線的工藝流程是通過開清機(jī)將不同的纖維開包開松,然后輸入到相應(yīng)的儲、喂棉箱形成克重合適的棉層喂入到相應(yīng)梳理機(jī),梳理機(jī)將棉層梳理成棉網(wǎng),再由鋪網(wǎng)機(jī)根據(jù)工藝要求將棉網(wǎng)鋪成合適的棉層。在兩臺鋪網(wǎng)機(jī)間放置一臺基布放卷設(shè)備,使基布能夠夾在兩臺鋪網(wǎng)機(jī)所鋪的棉層之間,之后傳入針刺機(jī),通過針刺機(jī)刺成胚布。

        本次進(jìn)行自動化改造的針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)線是20年前的老舊產(chǎn)品,經(jīng)過長期的使用以及中間添置一些設(shè)備后,現(xiàn)存在以下缺點(diǎn)和不足:

        (1)設(shè)備來自不同的廠家,其啟動、停止等控制模式各不相同,給定時間也不一致,生產(chǎn)過程同步性差。

        (2)基布放卷臺的過渡簾和放布羅拉等工藝自動控制水平低,一些流程需要人為手動輔助操作。

        (3)鋪網(wǎng)機(jī)的底簾需要根據(jù)生產(chǎn)線單/聯(lián)動情況,需要人為切換跟隨設(shè)備,生產(chǎn)不夠便捷。

        (4)設(shè)備之間同步性能較差,其中一臺設(shè)備一旦出現(xiàn)故障會導(dǎo)致無法全線停車。

        (5)設(shè)備自動化能力不高,現(xiàn)有設(shè)備需要配備記錄、跟蹤等輔助人員,生產(chǎn)人力成本居高不下。

        本次設(shè)備改造,針對針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)線的上述問題,運(yùn)用現(xiàn)階段先進(jìn)控制設(shè)備,通過PLC和變頻器等技術(shù),提出了基于PLC和變頻器的針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)線改造方案。

        2 針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)線自動化改造方案

        根據(jù)以上存在問題,經(jīng)過與設(shè)備技術(shù)人員仔細(xì)協(xié)商,確定了以下改進(jìn)內(nèi)容:

        (1)除塵機(jī)、儲喂棉箱、梳理機(jī)、鋪網(wǎng)機(jī)、放布臺、針刺機(jī)等根據(jù)針刺無紡布生產(chǎn)工藝及自動控制要求順序放置。

        (2)將梳理機(jī)、鋪網(wǎng)機(jī)、放布臺和針刺機(jī)按生產(chǎn)工藝流程設(shè)計成生產(chǎn)線自動控制方式,統(tǒng)一設(shè)置聯(lián)動按鈕,包含手動/自動、停止和急停等功能,進(jìn)一步提高生產(chǎn)的自動化能力和同步性能。

        (3)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和以往經(jīng)驗(yàn),對生產(chǎn)不同款式的產(chǎn)品通過調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)放布臺的放布頻率實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)線之間的同步。

        (4)2號鋪網(wǎng)機(jī)的底簾設(shè)定聯(lián)動功能,實(shí)現(xiàn)其能實(shí)時跟隨放布臺啟停同步。

        (5)以往的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)主要依賴操作員的定時巡查,運(yùn)行數(shù)據(jù)依靠人工記錄分析,設(shè)計組態(tài)軟件設(shè)計數(shù)據(jù)分析列表,同時外接傳感器實(shí)現(xiàn)自動檢測和控制功能。

        根據(jù)以上所需改造的內(nèi)容,同時考慮簡化操作流程并提高自動化控制能力,進(jìn)而設(shè)計生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。

        3 PLC控制系統(tǒng)方案設(shè)計

        為提高自動化系統(tǒng)的安全及可靠性,本次改造采用三菱FX-48M型PLC和ACS355變頻器作為控制核心,按照針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)工藝將除塵機(jī)、儲喂棉箱、梳理機(jī)、鋪網(wǎng)機(jī)、放布臺、針刺機(jī)等設(shè)備進(jìn)行順序控制,通過PLC和觸摸屏和遠(yuǎn)程通訊技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測、控制,減少生產(chǎn)過程中的人員,提高生產(chǎn)線的安全、可靠、節(jié)能目標(biāo)。

        (1)根據(jù)針刺環(huán)保過濾材料生產(chǎn)工藝,針對除塵機(jī)、儲喂棉箱、梳理機(jī)、鋪網(wǎng)機(jī)、放布臺、針刺機(jī)等設(shè)備應(yīng)用PLC按照生產(chǎn)工藝要求設(shè)計順序控制過程,同時為更加方便的實(shí)時查看各機(jī)臺的準(zhǔn)備及運(yùn)行情況,設(shè)計組態(tài)控制,通過觸摸屏實(shí)時顯示各機(jī)臺的準(zhǔn)備運(yùn)行情況如圖1所示。

        圖1 組態(tài)控制界面

        (2)根據(jù)安全生產(chǎn)的相關(guān)規(guī)定,對各個單元設(shè)置聯(lián)動控制開關(guān),進(jìn)行生產(chǎn)線各控制單元的聯(lián)動/單動控制方式的切換。改善工藝流程,對改進(jìn)線路中的每個控制單元增加了單動/聯(lián)動控制功能。

        (3)梳理機(jī)生產(chǎn)線在停車的時候,因?yàn)楣に嚨囊笮枰徛郎p速停車,這就要求啟動信號不能直接斷開,因此放布臺和2號鋪網(wǎng)機(jī)底簾的啟動信號在給定后設(shè)置40s延遲斷開控制功能。

        (4)2號鋪網(wǎng)機(jī)的底簾在聯(lián)動模式下需要跟隨放布臺的車速,在單動模式時需要按照其自身的系統(tǒng)速度運(yùn)行。為了方便模式切換,增加了一臺3KW的ABBACS355變頻器U100用來在聯(lián)動時運(yùn)行鋪網(wǎng)機(jī)底簾,在輸出側(cè)用接觸器KM1001和KM102來進(jìn)行單/聯(lián)動切換,如圖2所示。

        圖2 鋪網(wǎng)機(jī)聯(lián)動電路

        (5)放布臺和2號鋪網(wǎng)機(jī)底簾需要根據(jù)生產(chǎn)情況人工調(diào)整車速,因此采用IPC240車速同步器來協(xié)調(diào)放布臺及其后級機(jī)臺的車速,如圖3所示。

        圖3 IPC-240連接圖

        變頻器是通過變頻驅(qū)動技術(shù)改變交流電動機(jī)工作電壓的頻率和幅度,來平滑控制交流電動機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩,同時變頻器具有控制方便,可靠性高,功能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)階段,通過變頻器實(shí)現(xiàn)多臺異步電機(jī)之間的同步控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟,因此本次改造采用ACS355變頻器,實(shí)現(xiàn)多臺電機(jī)的同步控制,ACS355是ABB公司通用機(jī)械傳動變頻器,專為滿足廣泛的機(jī)械應(yīng)用需求而設(shè)計。廣泛應(yīng)用于食品飲料、物料輸送、紡織、印刷、橡膠與塑料以及木工機(jī)械等行業(yè),是較為理想的選擇。

        變頻器和同步器參數(shù)如表1所示。

        傳送帶主速度由IPC240同步器自帶的上升下降端子外接按鈕實(shí)現(xiàn),角度傳感器IPC-2TT給定角度偏轉(zhuǎn)信號,傳送帶速度信號通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié),接線圖和參數(shù)設(shè)置如圖4所示。變頻器輸出的運(yùn)行頻率通過角度傳感器信號進(jìn)行微調(diào),根據(jù)工藝要求,2臺梳理機(jī)、2臺鋪網(wǎng)機(jī)對應(yīng)電機(jī)開機(jī)升速時間設(shè)置為45s,停機(jī)降速時間設(shè)置為45s;針刺機(jī)開機(jī)升速時間設(shè)置為40秒,停機(jī)降速時間設(shè)置為48秒。

        圖4 IPC240接線圖及參數(shù)設(shè)置

        4 改造成果

        改造后的生產(chǎn)線具備下列功能:

        (1)生產(chǎn)線的各臺設(shè)備在完成開機(jī)準(zhǔn)備工作后,其完成狀態(tài)顯示在觸摸屏上顯示,實(shí)現(xiàn)了自動化控制功能。

        (2)設(shè)定了單/聯(lián)動選擇開關(guān),當(dāng)開關(guān)切換到“聯(lián)動”位置時,各機(jī)臺復(fù)位到初始急停位置;可自由切換聯(lián)動和單動控制功能??刂剖崂頇C(jī)進(jìn)入聯(lián)動和單動的待機(jī)狀態(tài)。

        (3)聯(lián)動操作工按下“啟動”按鈕,生產(chǎn)線上的各個工作單元開始按照各自的工藝設(shè)置自動運(yùn)行。

        (4)在生產(chǎn)線準(zhǔn)備停車時,聯(lián)動操作臺或1號、2號梳理機(jī)都設(shè)置“停止”按鈕,可迅速讓生產(chǎn)線制動,2臺梳理機(jī)2臺鋪網(wǎng)機(jī)和針刺機(jī)依據(jù)自身程序設(shè)定的停車動作開始延時停車。等到預(yù)設(shè)放布臺停車時間到達(dá)后,過渡簾、放布羅拉和2號鋪網(wǎng)機(jī)底簾跟生產(chǎn)線同步停車,實(shí)現(xiàn)了工藝相關(guān)的延時停機(jī)功能。

        (5)在生產(chǎn)過程中,本次設(shè)計設(shè)定了聯(lián)動控制功能,生產(chǎn)線上任一機(jī)臺發(fā)生故障或急停按鈕被按下,聯(lián)動操作臺控制變頻器制動功能,控制所有控制單元迅速停機(jī)。

        (6)設(shè)計生產(chǎn)線的組態(tài)控制界面,通過觸摸屏實(shí)時顯示各機(jī)臺的準(zhǔn)備運(yùn)行情況,同時設(shè)計了報表界面,可以對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采樣,配合傳感器控制,通過模擬量控制將各機(jī)臺速度等參數(shù)實(shí)時顯示在智能儀表上。極大的提高了生產(chǎn)過程中的自動化水平。

        生產(chǎn)線改造完畢后,通過一段時間的測試調(diào)節(jié),生產(chǎn)線各機(jī)臺升降速配合良好,能滿足現(xiàn)有不同產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線改進(jìn)的目的。整個改造項(xiàng)目中原先運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄和巡視等需要人工在車間完成,現(xiàn)在通過組態(tài)軟件和監(jiān)控攝像頭配合報警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控人員在監(jiān)控室就可以完成相關(guān)工作,提高了生產(chǎn)過程中的自動化控制程度,自動化程度的提高也大大降低了人為事故的出現(xiàn)概率,提高了生產(chǎn)過程中的安全性。原先車間工作環(huán)境較為惡劣,在提高自動化程度的同時也降低了員工患有職業(yè)病的危害幾率。

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