大盘重卧式收线机无张力精密排线控制

第４６卷 第２期金　属　制　品２０２０年４月　Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ２ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＡｐｒｉｌ２０２０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０２０．０２．０１３
大盘重卧式收线机无张力精密排线控制
朱　江１，　许新波１，　王会军２
（１．郑州市天达电气自动化有限公司，　河南　郑州　４５００５２；
２．郑州和创恒利电气自动化有限公司，　河南　郑州　４５００６６）
摘要：根据大盘重卧式收线机的应用环境和控制要求，针对１ｔ以上大盘重成品，设计出由ＰＬＣ、变频器、人机界面组成的电气控制系统，给出系统组成，说明控制过程及各部分功能，并就影响排线的问题进行分析。

该系统在１８０ｍ／ｍｉｎ速度下能实现直径２～１５ｍｍ钢丝的精密排线，提高了生产效率。

关键词：ＰＬＣ；无张力排线；卷径计算；大盘重；卧式收线
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｅｎｓｉｏｎ ｆｒｅｅｐｒｅｃｉｓｅｗｉｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｆｏｒｈｅａｖｙｃｏｉｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｔａｋｅ ｕｐ
ＺｈｕＪｉａｎｇ１，ＸｕＸｉｎｂｏ１，ＷａｎｇＨｕｉｊｕｎ２
（１．ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＴｉａｎｄａＥｌｅｃｔｒｉｃＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ；
２．ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｃｈｕａｎｇＨｅｎｇｌｉＥｌｅｃｔｒｉｃＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００６６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｅａｖｙｃｏｉｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｔａｋｅ ｕｐ，ａｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＰＬＣ，ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄｈｕｍａｎ ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｈｅａｖｙｃｏｉｌｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｍｏｒｅｔｈａｎ１ｔ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｐａｒｔａｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｗｉｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎａｃｈｉｅｖｅｐｒｅｃｉｓｅｗｉｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｗｉｔｈｄｉａｍｅｔｅｒ２～１５ｍｍｓｔｅｅｌｗｉｒｅａｔｓｐｅｅｄｏｆ１８０ｍ／ｍｉｎ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｔｅｎｓｉｏｎ ｆｒｅｅｗｉｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ；ｒｏｌｌｄｉａｍｅｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｈｅａｖｙｃｏｉｌ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｔａｋｅ ｕｐ
钢丝产品大多以盘状和卷状交货，随着生产效率的提高，大盘重交货越来越多。

传统的收线一般采用可拆卸工字轮或者连同工字轮一起包装发货。

大盘重弹簧钢丝、大盘重埋弧焊丝采用可拆卸工字轮收线，满轮后拆卸工字轮再包装成成品。

钢芯铝绞线采用木轮进行发货，在成品后增加了一道倒轮工序，浪费了物料、能源和人力。

针对市场需求，笔者设计出卧式机构的收线机，使成品通过夹送装置进入收线机，送线如同“吐丝”一样，收线机将钢丝从外圈到内圈一层一层收取，进行分层精密排列，便于包装和发货，提高了生产效率。

１　工艺要求
无张力收线系统已在钢丝热处理生产线和钢丝探伤生产线的收线机中使用，两种生产线具有不同的生产工艺，其中弹簧钢丝多丝热处理生产工艺：工字轮放线→分线→管式炉电加热→油淬火→回火→水冷→涂防锈油→牵引→导向→收卷；钢丝在线探伤生产工艺：放线→定位→探伤→打标→烘干→夹送→导向→收线。

钢丝由放线装置放出后，经过生产检测加工，再经夹送装置送出，自由落到收线装置中，在线探伤无张力卧式收线机工作示意图如图１所示。

立杆用于固定钢丝的内、外径，可根据发货订单要求进行设定。

工作时收线盘转动，内、外径立杆将钢丝圈起来，从外径开始排线，随着收卷速度逐步提高，钢丝逐步运行到内径立杆，而后收卷速度逐步降低，钢丝从内圈逐步排到外圈。

根据工艺要求，钢丝直径为２～１５ｍｍ，设备运行速度为１８０ｍ／ｍｉｎ，盘重可达到２．５ｔ，卷绕的内外盘径可以调整，以收取不同盘重的钢丝。

２　控制系统
２．１　系统组成
控制系统由西门子ＰＬＣ、蓝海华腾变频器、威纶人机界面组成［１－３］。

ＰＬＣ选用西门子Ｓ７－２００并配置通讯模块，主要完成设备的继电动作和速度控制，
图１　在线探伤无张力卧式收线机工作示意图Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｅｎｓｉｏｎ ｆｒｅｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ
ｔａｋｅ ｕｐｆｏｒｏｎ ｌｉｎｅｆｌａｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
人机通讯及变频器通讯，变频器选用蓝海华腾Ｖ６－Ｈ型，并配置通迅接口与ＰＬＣ进行数据交换，主要接收ＰＬＣ速度信号，完成放线机、夹送装置、收线机的实时驱动，实现速度匹配。

人机界面为威纶ＭＴ６１０３，主要是进行运行参数的设定和监控，如运行速度、收卷内外径设定及收线机的转速监控，控制框图如图２
所示。

图２　系统控制框图
Ｆｉｇ．２　Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌ２．２　控制原理
以探伤在线监测生产线为例，采用钢丝夹送装置的运行速度为主速度，因为盘重较大，必须采用主动放线方式，其速度由ＰＬＣ在线运算，主速度经过卷径计算得出放线机的实际运转速度，然后与放线机变频器进行通讯，完成主动放线控制。

其控制要求，无论速度高低，放线机上的引出钢丝都要一直处于松散状态，这种控制可使放线平稳。

放线机速度不能有速度滞后，否则会使钢丝挂住内径立柱挡杆造成损伤；也不能超前，否则会导致钢丝松圈，整机无法正常运行。

收线机转速可用下式计算，
ｖ＝πｄｎ／（６０ｉ），
式中，ｖ为钢丝运行速度，ｍ／ｓ；ｄ为收线卷的直径，ｍ；ｎ为收线电机转速，ｒ／ｍｉｎ；ｉ为收线机减速比。

据此可由线速度计算出电机转速ｎ。

当钢丝初始运行在外圈，运行一周长度后，直径减少２个设定的间距，如果钢丝线速度稳定，收线转速须升高。

当直径减小到设定的内径时，每转动一周，直径增加２根钢丝的间距，转速降低，直至达到外圈直径，重复这一过程。

利用ＰＬＣ实时计算出收线机的转速，并与收线机变频器进行通讯，在多丝热处理生产线上，ＰＬＣ可与几十台收线机进行通讯控制，达到每台收线机都能精密排线的目的。

在实现全自动控制的同时，也减少了操作人员，降低劳动强度，不会出现因人工疏忽而造成的整盘钢丝报废的情况，降低生产成本，提高产品档次，不仅解决人工无法每层都实时调节紧密排线的问题，尤其在探伤检测生产线中，还解决了人工无法在高速升降速情况下，进行实时跟踪调节精密排线的问题。

２．３　控制效果
根据控制原理，设计以ＰＬＣ为核心的控制系统，其速度设定程序框图如图３
所示。

图３　收线速度控制子程序框图
Ｆｉｇ．３　Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔａｋｅ ｕｐｓｐｅｅｄ
ｃｏｎｔｒｏｌｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅ
设计的人机控制主界面如图４所示，热处理的多丝收线装置如图５所示，该系统多丝热处理控制界面如图６所示。

整条生产线从启动到停止，全程实现自动控制，不用人工调节，
使用效果良好。

图４　钢丝探伤设备运行界面
Ｆｉｇ．４　Ｗｉｒｅｆｌａｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅ
（下转第６２页）
有凸起感，肉眼不是很明显；辊环开裂，轧材表面周期性凸起并伴随有开裂现象，裂口深度与辊环开裂程度有直接对应关系。

ＫＯＣＫＳ成品前架次的辊环问题，在轧材表面经过后续架次轧制，表面已无凸起状，但经过轧制延伸后，表面的裂口可能会加深，同时由于表面平滑，不易被发现。

辊环开裂产生的原因有：（１）辊环与辊环锥套间装配过盈量偏大，轧制过程中辊环锥套受热膨胀，辊环无法承受巨大拉应力，导致开裂；（２）辊环强度不够，在过钢过程中承受轧材冲击，导致开裂，可通过提高辊环强度来改善；（３）轧材头尾温度过低，在轧制过程中头尾变形抗力大，导致辊环开裂，多见于碳化钨辊环；（４）碳化钨辊环表面原始裂纹磨削不彻底，在轧制过程中裂纹迅速扩展，积累到一定程度导致辊环开裂。

３　结语
通过缺陷产生原因的分析，可以得出如下结论：
只有合理的供料尺寸、合适的ＫＯＣＫＳ机组间张力，才能保证孔型变形的合理性，从而实现理想的轧制变形过程；精密的辊环、导卫装配，合理的备件材质选择，对于减少ＫＯＣＫＳ减定径机组的设备故障至关重要；通过预防改进措施的落实，产品缺陷产生的次数显著减少，缺陷比例降低，对于保证产品的最终质量具有重要意义。

参考文献
［１］　王笑天．金属材料学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
２００１．
［２］　李民，张安平．三辊棒材减定径机组孔型设计及力能
参数计算［Ｊ］．轧钢，２００７（５）：２３－２７．
［３］　赵志业．金属塑性变形与轧制理论［Ｍ］．北京：冶金工
业出版社，１９９４．
（收稿日期：２０１９－１１－１８）
作者简介
杨　凯　１９８８年生，助理工程师，南京钢铁股份有限公司中
棒厂分厂技术质量科科长櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄。

（上接第５８
页）图５　热处理多丝收线装置
Ｆｉｇ．５　Ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｅｄｍｕｌｔｉ ｗｉｒｅｔａｋｅ ｕｐｄｅｖｉｃ
ｅ
图６　多丝收线运行监视界面
Ｆｉｇ．６　Ｍｕｌｔｉ ｗｉｒｅｔａｋｅ ｕｐｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅ
２．４　其他问题
实际生产中在工艺相对固定的情况下，生产人
员很少需要调整参数，为此设计控制级别，以免误操
作。

另外，应做好防干扰措施，确保电气系统通讯畅通。

该设备需要预先培训操作人员，以熟悉触摸屏参数设定。

３　结语
钢丝无张力卧式收线，实现大盘重收线，生产效率高，避免拆装工字轮和倒线操作，节省人力，有效降低次品率，节约生产成本，提高产品档次。

参考文献
［１］　张晨．化学镀铜生产线的全变频恒张力电气控制系统
［Ｊ］．金属制品，２０１５（３）：４０－４３．
［２］　张天光．基于Ｓ７－３００ＰＬＣ的永磁直驱拉丝机控制系
统［
Ｊ］．金属制品，２０１８（６）：３３－３５．［３］　吴帮全，文明，孙继东．立式工字轮收线机设计应用
［Ｊ］．金属制品，２０１４（２）：４１－４４．
（收稿日期：２０２０－０１－１５）
作者简介
朱　江　１
９６２年生，郑州市天达电气自动化有限公司总经理。

许新波　１９６３年生，郑州市天达电气自动化有限公司总工
程师。

王会军　１９７５年生，郑州和创恒利电气自动化有限公司技
术主管。