CN105383037A - 线缆挤出机线径反馈自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了线缆挤出机线径反馈自动控制系统。它包括人机界面；线缆直径测量装置；可编程控制器；联网监控系统；调速驱动系统；线缆挤出机；人机界面将设定的运行状态参数传送给可编程控制器，可编程控制器控制调速驱动系统驱动线缆挤出机完成线缆挤出工序，线缆直径测量装置实时检测挤出的线缆截面圆直径并反馈给可编程控制器，可编程控制器根据设定的运行状态参数及实时线缆截面圆直径数据来控制调速驱动系统驱动线缆挤出机实时控制挤出流量以稳定线缆截面圆直径，并将实时数据发送给联网监控系统。本发明的有益效果是：稳定线缆直径，保证产品质量，减少浪费，降低生产成本，具有故障处理能力，实现远程在线监控，提高设备自动化程度。

Description

线缆挤出机线径反馈自动控制系统
技术领域
本发明涉及线缆生产设备技术领域，尤其是指线缆挤出机线径反馈自动控制系统。
背景技术
当前线缆生产企业所使用的多数挤出机大多都是依靠人工调整主机转速改变胶料的挤出流量以控制线缆截面圆直径的传统生产控制方式。操作人员对线径的控制不及时、线芯张力变动、螺筒中的胶料分布不均匀、螺筒温度不稳定导致的胶料粘度不稳定、牵引和主机的转速漂移等原因，会导致所生产的线缆截面圆直径不稳定、线缆产品质量及合格率较低等问题。同时这也会造成胶料的浪费，提高线缆制造行业的生产成本。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的上述不足，提供了一种线缆产品质量好且生产成本低的线缆挤出机线径反馈自动控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
线缆挤出机线径反馈自动控制系统，包括
在生产现场供操作人员监控或调整系统运行状况的人机界面；
在线测量线缆直径的线缆直径测量装置；
调控整个系统运行状态的可编程控制器；
负责采集、监控、记录和分析系统运行参数的联网监控系统；
以及调速驱动系统、线缆挤出机；
人机界面将设定的运行状态参数传送给可编程控制器并实时显示可编程控制器的过程数据，可编程控制器控制调速驱动系统驱动线缆挤出机完成线缆挤出工序，线缆直径测量装置实时检测挤出的线缆截面圆直径并将检测到的线缆实时截面圆直径数据反馈给可编程控制器，可编程控制器根据设定的运行状态参数以及检测到的实时线缆截面圆直径数据来确定传送给调速驱动系统的控制参数，调速驱动系统驱动线缆挤出机实时控制挤出流量以稳定线缆截面圆直径，可编程控制器实时地将整个过程中的实时发送给联网监控系统。
本发明将线缆直径测量装置的测量数据反馈给线缆挤出生产线的可编程控制器，通过可编程控制器使控制系统能够根据实时的线缆截面圆直径数据等参数自动、合理地调整线缆挤出机的挤出流量以最大限度地稳定线缆截面圆直径，保证产品质量。
作为优选，所述的线缆直径测量装置为激光测径仪，所述的可编程控制器与线缆直径测量装置之间通过串行通信的方式实现数据的传送。
作为优选，所述人机界面中设定的运行状态参数有：标称值、调整上偏差、调整下偏差、剔除延时，可编程控制器对线缆直径测量装置采集到的线缆截面圆直径数据进行平均化运算，可编程控制器比较线缆截面圆直径数据与标称值获得两者的差值，若此差值大于调整上偏差或调整下偏差，则会延时相应的剔除延时后，对调速驱动系统作出相对应的调整，并驱动线缆挤出机进行周期性变幅调整直至反馈回来的线缆截面圆直径数据符合要求为止。在判断是否要采取调整动作时，“剔除时间”会使控制过程对线缆截面圆直径是否超限的比较判断环节做出相应的动作延时，以滤除不稳定数据，保证系统控制平稳。
作为优选，所述人机界面中设定的运行状态参数还有：滞后距离、比例系数、生产线速，周期性变幅调整的周期由滞后距离与当前的生产线速计算得出，周期性变幅调整的变幅值由实时线缆截面圆直径数据与标称值及比例系数计算得出。理论与实践证明，线缆挤出机的挤出流量与其螺杆转速间大致呈一次函数关系，这样线缆截面圆直径的偏差就可依据线缆截面积的偏差值线性地增加线缆挤出机的转速得到纠正。
作为优选，所述周期性变幅调整的变幅值由如下公式表示：
δadj＝kd标称(d标称-d线径)
式中δadj即为采取调整动作时周期性变幅调整的变幅值，k为设定的比例系数，d标称为设定的标称值，d线径为线缆直径测量装置(5)采集到的实时线缆截面圆直径。
作为优选，所述周期性变幅调整的周期由如下公式表示：
tδ＝l水d/v线速
式中tδ即为采取调整动作时周期性变幅调整的周期，l水槽为设定的滞后距离，V线速为线缆的实时生产线速。为保证控制精度，调整动作并不是一次完成的，而是要分几次完成。
作为优选，所述人机界面中设定的运行状态参数还有：报警偏差值、转手控延时时间，当线缆的实时截面圆直径超出了报警偏差值时，系统会发出报警信号通知操作人员引起注意，同时根据转手控延时时间来延时一段时间后，自动将自动控制功能关闭，切换到手控方式。运行过程中可能会因为各种原因造成系统故障影响生产，为此采取了完善的生产保证和故障处理措施，在故障时能够及时地发出报警信息并采取相应的控制措施。另外，手动控制时也可将报警功能开启，线径超报警偏差值同样会发出报警信号。生产过程中因为各种原因导致激光测经仪不能正常工作或可编程控制器采集到的线径数据异常时，系统同样也会发出相应的报警信号，并根据生产线的实际运行状况对故障做出合适的处理动作。
作为优选，所述人机界面中设定的运行状态参数还有：线速缓升缓降周期、线速缓升缓降步幅，可编程控制器根据设定好的生产线速，对当前的生产线按照预先设定好的线速缓升缓降周期以及线速缓升缓降步幅进行缓慢且均匀地升速或降速直至生产线速达到设定的生产线速为止。多数线缆挤出机的挤出主机和牵引之间大多都具有联动调速功能，实际生产中这样的联动调速效果往往并不十分理想而需要操作人员在联动升降速的过程中作出相应的微调以补偿这种不足。但这样的操作过程人为因素对产品质量及生产效率有一定的影响，为了补偿这种不足提高设备的自动化程度，增设了“线速缓升缓降”功能，使得缓慢且均匀地升速或降速直至线速达到需要的线速为止。
作为优选，所述人机界面中设定的运行状态参数还有：线性截距值，根据所生产线缆的截面圆直径规格自动地计算出该电缆的最大生产线速限制值，由如下公式表示：
Vmax＝kd标称+b
式中Vmax为最大生产线速限制值，k为设定的比例系数，b为设定的线性截距值，使得生产线不会因操作人员操作不当而超速生产，若设定的线缆截面圆直径规格与实际生产的不符，系统会做出判断并以某一设定的最低速运行。
本发明的有益效果是：稳定线缆直径，保证产品质量，减少材料的浪费，降低线缆制造行业的生产成本，具有完善的生产保证和故障处理能力，实现了生产过程数据的远程在线监控，提高了生产设备的自动化程度。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图中：1.人机界面，2.联网监控系统，3.可编程控制器，4.调速驱动系统，5.线缆直径测量装置，6.线缆挤出机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所述的实施例中，线缆挤出机线径反馈自动控制系统，包括
在生产现场供操作人员监控或调整系统运行状况的人机界面1；
在线测量线缆直径的线缆直径测量装置5；
调控整个系统运行状态的可编程控制器3；
负责采集、记录和分析系统运行参数的联网监控系统2；
以及调速驱动系统4、线缆挤出机6；
人机界面1将设定的运行状态参数传送给可编程控制器3并实时显示可编程控制器3的过程数据，可编程控制器3控制调速驱动系统4驱动线缆挤出机6完成线缆挤出工序，线缆直径测量装置5实时检测挤出的线缆截面圆直径并将检测到的线缆实时截面圆直径数据反馈给可编程控制器3，可编程控制器3根据设定的运行状态参数以及检测到的实时线缆截面圆直径数据来确定传送给调速驱动系统4的控制参数，调速驱动系统4驱动线缆挤出机6实时控制挤出流量以稳定线缆截面圆直径，可编程控制器3实时地将整个过程中的实时发送给联网监控系统2。
线缆挤出机线径反馈自动控制系统是以可编程控制器3作为现场的主控制单元，以人机界面1作为现场的数据显示与调整单元，以线缆直径测量装置5作为线缆截面圆直径的测量或数据采集单元，以线缆直径测量装置5将数据实时反馈给可编程控制器3由可编程控制器3集中处理采集到的数据并控制调速驱动系统4做出相应的调整动作这个体系作为整个系统的控制结构。其中：可编程控制器3在调控线缆挤出机线径反馈自动控制系统的过程中需要显示或调整的参数是通过人机界面1显示或调整的。
线缆直径测量装置7为激光测径仪，可编程控制器3与线缆直径测量装置5之间通过串行通信的方式实现数据的传送，可编程控制器3(简称为：PLC)与激光测经仪通过RS-485接口通信，所采用的西门子S7-200可编程控制器3采用自由口通信方式按照激光测经仪的通信协议实现可编程控制器3对激光测经仪的数据采集。
人机界面1中设定的运行状态参数有：标称值、调整上偏差、调整下偏差、剔除延时，标称值是反映线缆截面圆直径的数据，调整上偏差和调整下偏差是决定自动控制系统何时采取调整动作何时不采取调整动作或对调整动作的频度、滞后性或必要性进行限定的参数，剔除延时是使调整动作延时一段时间执行以消除不稳定数据的影响提高控制稳定性的参数，其中标称值为生产线操作人员输入的参数，其他参数供系统调试时修改，可编程控制器3通过线缆直径测量装置5对当前采集到的线缆截面圆直径数据进行平均化运算，可编程控制器3比较线缆截面圆直径数据与标称值获得两者的差值，若此差值大于调整上偏差或调整下偏差，则会延时相应的剔除延时后，对调速驱动系统4作出相对应的调整，并线缆挤出机6进行周期性变幅调整直至反馈回来的线缆直径数据符合要求为止。在判断是否要采取调整动作时，剔除延时会使控制过程对线缆直径是否超限的比较判断环节做出相应的动作延时，以滤除不稳定数据，保证系统控制平稳。
人机界面1中设定的运行状态参数还有：滞后距离、比例系数、生产线速，滞后距离是反映线缆挤出机6到线缆直径测量装置5之间距离对自动控制动作影响的参数，比例系数是反映自动控制的调整强度的参数，生产线速是反映线缆挤出生产线的生产速率的参数，其中生产线速为生产线操作人员输入的参数，周期性变幅调整的周期由滞后距离与当前的生产线速计算得出，周期性变幅调整的变幅值由实时线缆截面圆直径数据与标称值及比例系数计算得出。理论与实践证明，线缆挤出机6的挤出流量与其螺杆转速间大致呈一次函数关系，这样线缆截面圆直径的偏差就可依据线缆截面积的偏差值线性地增加线缆挤出机6的转速得到纠正。所以在采取调整动作时，周期性变幅调整的变幅值由如下公式表示：
δadj＝kd标称(d标称-d线径)
式中δadj即为采取调整动作时周期性变幅调整的变幅值，k为系统调试时根据生产线的实际情况做出相应调整的比例系数，d标称为设定的标称值，d线径为线缆直径测量装置5采集到的实时线缆截面圆直径。为保证控制精度，调整动作并不是一次完成的而是要分几次完成。在采取调整动作时，周期性变幅调整的周期由如下公式表示：
tδ＝l水槽/v线速
式中tδ即为采取调整动作时周期性变幅调整的周期，l水槽为线缆挤出机6至激光测经仪的滞后距离，V线速为线缆的实时生产线速。
运行过程中可能会因为各种原因造成系统故障影响生产，为此采取了完善的生产保证和故障处理措施，在故障时能够及时地发出报警信息并采取相应的控制措施。人机界面1中设定的运行状态参数还有：报警偏差值、转手控延时时间，报警偏差值是对实时的线缆截面圆直径数据进行范围限制的参数，转手控延时时间是对本系统发生故障时的故障处理控制参数，当线缆的实时截面圆直径超出了报警偏差值时，系统会发出报警信号通知操作人员引起注意，同时根据转手控延时时间来延时一段时间后，自动将自动控制功能关闭，切换到手控方式。另外，手动控制时也可将报警功能开启，线缆截面圆直径超报警偏差值同样会发出报警信号。生产过程中因为各种原因导致激光测经仪不能正常工作或可编程控制器3采集到的线径数据异常时，系统同样也会发出相应的报警信号，并根据生产线的实际运行状况对故障做出合适的处理动作。
多数线缆挤出机的挤出主机和牵引之间大多都具有联动调速功能，实际生产中这样的联动调速效果往往并不十分理想，而需要操作人员在联动升降速的过程中，作出相应的微调以补偿这种不足。但这样的操作过程人为因素对产品质量及生产效率有一定的影响，为了补偿这种不足提高设备的自动化程度，人机界面1中设定的运行状态参数还有：线速缓升缓降周期、线速缓升缓降步幅，线速缓升缓降周期和线速缓升缓降步幅是决定生产线速调整过程中生产线速变化的缓慢程度的参数，可编程控制器3根据设定好的生产线速，对当前的生产线会按照预先设定好的线速缓升缓降周期以及线速缓升缓降步幅进行缓慢且均匀地升速或降速直至生产线速达到设定的生产线速为止。
可编程控制器3具有生产线速线性限制功能，人机界面1中设定的运行状态参数还有：线性截距值，根据所生产线缆的截面圆直径规格自动地计算出该电缆的最大生产线速限制值，由如下公式表示：
Vmax＝kd标称+b
式中Vmax为最大生产线速限制值，k为设定的比例系数，b为设定的线性截距值，使得生产线不会因操作人员操作不当而超速生产，若设定的线缆截面圆直径规格与实际生产的不符，系统会做出判断并以某一设定的最低速运行。
本系统以组态王工业组态软件为基础的联网监控系统2实现了生产现场过程数据的实时采集与联网控制功能。联网监控系统2以组态网软件为基础构建，以可编程控制器3作为现场的数据站点，以计算机作为网络和数据处理单元，能够实现生产现场过程数据的采集、上传、显示和调整，同时记录过程数据做相应的数据分析的功能。通过组态编辑使界面有生产线的线速、实时线径、挤出机主机转速、牵引转速、挤出机主机和牵引机转速给定值等相关过程数据的显示与调整功能。同时界面也可随时将其他设备连接进来，通过界面之间的选择切换能够监控联网系统内的所有设备的工作状况。实时记录下来的历史过程数据可随时查阅并在趋势曲线界面能够以曲线的形式显示出来以便分析。

Claims (9)

1.线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，包括
在生产现场供操作人员监控或调整系统运行状况的人机界面(1)；
在线测量线缆直径的线缆直径测量装置(5)；
调控整个系统运行状态的可编程控制器(3)；
负责采集、监控、记录和分析系统运行参数的联网监控系统(2)；
以及调速驱动系统(4)、线缆挤出机(6)；
人机界面(1)将设定的运行状态参数传送给可编程控制器(3)并实时显示可编程控制器(3)的过程数据，可编程控制器(3)控制调速驱动系统(4)驱动线缆挤出机(6)完成线缆挤出工序，线缆直径测量装置(5)实时检测挤出的线缆截面圆直径并将检测到的线缆实时截面圆直径数据反馈给可编程控制器(3)，可编程控制器(3)根据设定的运行状态参数以及检测到的实时线缆截面圆直径数据来确定传送给调速驱动系统(4)的控制参数，调速驱动系统(4)驱动线缆挤出机(6)实时控制挤出流量以稳定线缆截面圆直径，可编程控制器(3)实时地将整个过程中的实时发送给联网监控系统(2)。
2.根据权利要求1所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述的线缆直径测量装置(5)为激光测径仪，所述的可编程控制器(3)与线缆直径测量装置(5)之间通过串行通信的方式实现数据的传送。
3.根据权利要求1或2所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述人机界面(1)中设定的运行状态参数有：标称值、调整上偏差、调整下偏差、剔除延时，可编程控制器(3)对线缆直径测量装置(5)采集到的线缆截面圆直径数据进行平均化运算，可编程控制器(3)比较线缆截面圆直径数据与标称值获得两者的差值，若此差值大于调整上偏差或调整下偏差，则会延时相应的剔除延时后，对调速驱动系统(4)作出相对应的调整，并驱动线缆挤出机(6)进行周期性变幅调整直至反馈回来的线缆截面圆直径数据符合要求为止。
4.根据权利要求3所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述人机界面(1)中设定的运行状态参数还有：滞后距离、比例系数、生产线速，周期性变幅调整的周期由滞后距离与当前的生产线速计算得出，周期性变幅调整的变幅值由实时线缆截面圆直径数据与标称值及比例系数计算得出。
5.根据权利要求4所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述周期性变幅调整的变幅值由如下公式表示：
δadj＝kd标称(d标称-d线径)
式中δadj即为采取调整动作时周期性变幅调整的变幅值，k为设定的比例系数，d标称为设定的标称值，d线径为线缆直径测量装置(5)采集到的实时线缆截面圆直径。
6.根据权利要求4所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述周期性变幅调整的周期由如下公式表示：
tδ＝l水槽/v线速
式中tδ即为采取调整动作时周期性变幅调整的周期，l水槽为设定的滞后距离，v线速为线缆的实时生产线速。
7.根据权利要求3所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述人机界面(1)中设定的运行状态参数还有：报警偏差值、转手控延时时间，当线缆的实时截面圆直径超出了报警偏差值时，系统会发出报警信号通知操作人员引起注意，同时根据转手控延时时间来延时一段时间后，自动将自动控制功能关闭，切换到手控方式。
8.根据权利要求7所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述人机界面(1)中设定的运行状态参数还有：线速缓升缓降周期、线速缓升缓降步幅，可编程控制器(3)根据设定好的生产线速，对当前的生产线按照预先设定好的线速缓升缓降周期以及线速缓升缓降步幅进行缓慢且均匀地升速或降速直至生产线速达到设定的生产线速为止。
9.根据权利要求3所述的线缆挤出机线径反馈自动控制系统，其特征是，所述人机界面(1)中设定的运行状态参数还有：线性截距值，根据所生产线缆的截面圆直径规格自动地计算出该电缆的最大生产线速限制值，由如下公式表示：
vmax＝kd标称+b
式中vmax为最大生产线速限制值，k为设定的比例系数，b为设定的线性截距值，使得生产线不会因操作人员操作不当而超速生产，若设定的线缆截面圆直径规格与实际生产的不符，系统会做出判断并以某一设定的最低速运行。
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