70T铌钛/铜复合棒材冷拔卷曲机电控设计

摘要:70T铌钛/铜复合棒材冷拔卷曲设备用于铌、钛/铜复合棒的拉伸、锯切定尺及卷曲。文章介绍了卷曲机装置电控系统的设计思路及具体方案。该设备的投入使用使拉伸过程中拉伸制品的周转效率大为提高,减小了在制品的占地面积,使拉伸过程中由于物料周转所产生的磕碰伤大为减少,对提高制品的成品率起到了关键作用。

关键词:卷曲机;变频器;PLC系统;电控设计;程序设计

中图分类号:TQ340文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0007-02

一、系统概述

70T铌钛/铜复合棒材冷拔卷曲设备是根据客户技术要求自行设计的长行程拉伸机。本机列由主机部分、回料装置、进料对制品各道次直条冷拔及最终卷曲作业。该机与以往长行程拉伸机相比具有技术先进、功夹送装置、切割装置、轧头机、出料夹送装置、工艺润滑系统、液压系统、电控系统、卷曲机等部件组成。本机列用于铌、钛铜复合棒的拉伸、锯切定尺及卷曲。在机列范围内可完成对制品各道次直条冷拔及最终卷曲作业。该机与以往长行程拉伸机相比具有技术先进、功能齐全,可对直条棒料弯曲成卷。现对卷曲机装置电控设计作如下论述。

二、工作原理

卷取装置是由:卷取装置、托料系统、收料系统、卷取液压系统等组成。四个压送辊均为主动,两个活动辊由液压缸带动,在进料时张开,工作时压紧。三个弯曲辊中两个为主动辊,一个为被动辊,中间的被动辊和后部的主动辊也由液压缸带动,进料时,它们都处于张开位置。工作时处于压紧位置。由液压缸带动的两个弯曲辊的工作位置设有机械限位结构,调整其机械限位点,可方便地调整制品的弯曲半径和成品卷的收线位置,压送辊及弯曲辊中的四个主动辊共用一套电机驱动。

卷曲之前,棒料按顺序排在上料架上。由人工控制将第一根棒料进入辊道;点按卷曲操作台上进料夹送装置按钮(或主操作台上反向夹送按钮),棒料送进;料进入卷曲机后夹送油缸及2#弯曲辊油缸动作,2#弯曲辊到位后,托料油缸伸出;料接进1#弯曲辊时,则1#弯曲辊压料,卷曲开始;到料尾时夹送辊松开、2#弯曲辊退位,托料油缸返回,同时要求1#弯曲辊也回位,棒料掉入收料盘;点动料盘按钮,料盘拉出油缸动作,收料盘被拉走。

三、设计原理

为满足工艺、机械要求,电控系统由卷曲机控制系统、PIC系统组成。

(一)卷曲机控制系统

压送辊及弯曲辊中的四个主动辊共用一套电机驱动,卷曲电机:Y180L-615KW970rpm,卷曲机由于喂料过程中可能出现卡料现象,要求电机具备正转和反转;液压系统所选用电机型号Y160M-6-(B5),功率:7.5KW额定转速970rpm。该机是卷曲Ф28~Ф32mm的棒料,根据不同规格的产品卷曲速度是可调的。因此选用变频调速以满足设备的要求。

变频器选用日本富士FRN15G11S-4CX。模拟量输入端11、12、13接4.7K 3W可调电位器,实现卷曲系统速度连续可调控制;接点输入端FWD、REV、CM通过PLC输出点Q0.0、Q0.1控制,实现电机正转、反转、停止。接点输出端30A、30C进入PLC输入点I2.0,当变频器出现异常情况时,PLC停止输出,卷曲电机停机。

在操作系统中设计变频器、液压泵的启动、停止,电机过热保护,并且有启动显示。

输入点I:只有变频器、液压泵启动,才允许PIC工作;卷曲机正转;卷曲机反转;卷曲机停止;手动、自动选择;夹送辊及2#弯曲辊工作位;夹送辊及2#弯曲辊返回;1#弯曲辊压下;1#弯曲辊返回;拖料油缸伸出;拖料油缸返回;料盘油缸伸出;料盘油缸返回;棒料到位;1#弯曲辊到位;拖料油缸到位;变频器故障;料盘油缸伸到位;料盘油缸返回到位。共19点输入。其中2个联锁保护点,3个按钮,1个一位选择开关,4个二位选择开关,5个检测元件。

输出点Q:卷曲机正转;卷曲机反转;夹送辊夹紧及2#弯曲辊伸出;夹送辊松开及2#弯曲辊返回;1#弯曲辊压下;1#弯曲辊返回;拖料油缸伸出;拖料油缸返回;料盘油缸伸出;料盘油缸返回。共10点输出。其中2个接中间继电器,8个接液压电磁阀。

考虑到输入点、输出点有三到四点备用,选西门子S7-200CPU226AC/DC/继电器。S7-200具有设计紧凑、扩展性良好、价格低廉、指令功能强大。该型号的PLC输出24点,输出16点。满足设计要求。

避免电网对PLC的干扰,在PLC的电源端N、L1加入隔离变压器220/220V200VA。

为了不影响检测信号的输入、电磁阀各自输出信号,确保系统正常工作,在PLC输入端、输出端增加各自的独立24V电源。

在PIC输出端设计一块保护板。避免由于外部接线短路、干扰信号,引起输出端损坏或误动作。

(二)程序设计

控制要求:当料靠近棒料到料检测元件时,该设备自动完成整个卷曲工作过程;必须满足手动操作使各个功能均能响应。

设计思想:

1.自动操作。(1)当料进入卷曲机后,棒料到料接近开关接通,卷曲机正转,经延时后,夹送辊夹紧同时2#弯曲辊伸出;(2)当料接近到拖料油缸到位接近开关时,托料油缸伸出;(3)当料接进到1#弯曲辊到位接近开关时,1#弯曲辊压下,卷曲自动开始;(4)当料尾过棒料到位接近开关后,经延时后,夹送辊松开、2#弯曲辊返回、托料油缸返回,同时1#弯曲辊也返回,棒料掉入收料盘。

2.手动操作。通过“手动、自动”选择开关,该设备各个部件均能单独动作。

3.程序设计中设计连锁保护。(1)液压泵站、主电机风机不启动,变频器出故障不允许卷曲机运转;(2)只有检测到料盘伸出到位,才允许料盘返回操作;(3)只有检测到料盘返回到位,才允许料盘伸出操作。

以上是卷曲机控制逻辑的详细描述,依据此控制逻辑编制了西门子S7-200的控制程序。

四、实施效果

该设备的投入使用使拉伸过程中拉伸制品的周转效率大为提高,减小了在制品的占地面积,使拉伸过程中由于物料周转所产生的磕碰伤大为减少,对提高制品的成品率起到了关键作用。

参考文献

[1]王树.变频调速系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]电气工程师手册[M].北京:机械工业出版社,1992.

[3]SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册[S].2002.

作者简介:杜余滨(1982-),女,河南洛阳人,中铝洛阳铜业有限责任公司技术中心工程师,研究方向:工厂电气设备改造、研发、设计。