85年产意大利TMT公司PF2000型罐蒸机的改造

引言： 
        当今，科学技术正以史无前例的速度向前飞跃，无论机械或设备都在迅速地采用自动化技术。可编程程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是计算机技术与继电器逻辑控制技术相结合的一种新型控制器。PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于具有强烈干扰的工业生产现场。PLC技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，随着PLC技术的日益成熟，越来越多的应用到了机械制造领域。本机选用的是MITSUBISHI公司的FX2N系列PLC，FX2N是FX系列PLC中功能较强、速度较快的微型PLC。它的基本指令执行时间高达0.08us，存储程序可达8K步，有很强的数学指令集，有多种特殊功能模块和功能扩展板，支持最大256个I/O点。FX2N价格相对较低，性价比较高，得到了广泛的应用。

1．改造背景 
        国内有大量20年前从欧洲进口的罐蒸机，由于使用年头较长，很多机器都出现了一些问题而不能使用，机器不能运行基本上都是由用于核心控制的电路板损坏造成的，对于这些老式电路板的使用，现在很少有人精通，修理、改造风险很大。进行升级改造的罐蒸机是意大利TMT公司85年生产的PF2000型罐蒸机。85年投入使用，由于电气老化2000年左右逻辑控制部分出现严重损坏，原逻辑控制电路板无法修复使用。由于原机所带的逻辑控制电路板多年前就已停产，无法买到原件进行更换，所以一直停用到2007年6月。其间联系过意大利TMT公司，该公司表示该机型早已停产多年，以无所需的配件，但是可以运回意大利原厂进行修理，不过所需维修费用昂贵，所以没有采纳。此设备机械部分状态良好，但电器部分老化严重，其中逻辑控制电路板已经无法修复。此机器丢之可惜，但又无法修复使用，所以放置了六、七年之久。


2．改造思路
        本台设备由于使用时间较长，原设备上的逻辑控制电路板已经损坏，且无法进行修复。部分电气已经老化，特别是有些特殊的部件损坏后国产件无法代替，损坏部件还要依赖进口，成本高、周期长。原有机械部分的器件保存比较完好，无需换件。通过对现场设备的调研和分析，决定采用可编程能力较强，可靠性较高，抗干扰能力较强的PLC（Programmable Logic Controller 可编程控制器）控制器取代设备上原有已经损坏的逻辑控制电路板。对电气部分进行比较彻底的检查，将已经老化的电气部件逐一替换，对于那些已经损坏而又很难采购的特殊的电气部件，根据实际情况针对性地开发相应的电气部件进行替换。机械器件由于保存较好，基本不用更换，只需做简单的维护即可。

3．改造过程
        整个改造过程主要分为以下5个阶段：

(1) 设备检测阶段：对设备现场进行检测，检查机械器件、电气部分的电路和气路是否完好，并进行详细地记录，完成可行性分析。
(2) 改造准备阶段：分析检测记录，制定改造方案。根据改造方案对机柜重新布线，并用PLC控制器取代设备上已经损坏的逻辑控制电路板。
(3) 分步调试阶段：对整台设备的各个机械动作进行分步骤调试，调试过程中对相应的程序进行修改，对已经损坏的器件进行替换。
(4) 整机调试阶段：对设备做整体运行调试，从而进一步修改和完善控制程序，实现改造的各项技术指标。
(5) 后期整理阶段：完成设备改造的扫尾工作并对相关资料进行整理。

4．电气部分的改造
        本设备逻辑控制部分改造所应用的器件主要如下：

(1) 可编程控制器基本单元FX2N-128MR。
(2) 可编程控制器扩展模块FX2N-16EYR。
(3) 可编程控制器扩展模块FX2N-16EX。
(4) 12V继电器板组。
(5) 大功率24V电源。

        根据改造方案对机柜重新进行布线。重新布线时尽量减少对原有线路的改动，保留原有线号，新加的线路重新标注线号。用PLC以及相关元器件取代设备上已经损坏的逻辑控制电路板。合理安排机柜内的空间，优化线槽摆放的位置。逻辑控制部分布局示意图如图1所示。

                                            图1 逻辑控制部分布局图

5．软件设计
        罐蒸机的控制程序按罐蒸机的工作过程分模块进行编写，模块主要由以下4部分组成：

(1) 机械控制部分
1、布轴装入小车
2、布轴装入星型架
3、小车入罐
4、小车出罐
5、蒸罐关门
6、蒸罐开门
7、星型架的旋转
8、罐蒸过程开始

(2) 罐的工艺部分
1、A、B工艺
2、工艺1、2、3、4四种循环
3、BEGINNING、BEGINNING+END、END

(3) 进布退卷部分
1、I速度功能
2、II速度功能
3、III速度功能
4、喂给功能
5、退卷功能
6、急停功能

(4) 张力控制部分
1、手动张力控制
2、自动张力控制


        整个罐蒸机的工作过程如下：准备蒸的呢坯通过卷绕—〉星型架旋转—〉入罐—〉罐蒸—〉出罐—〉星型架旋转—〉退卷完成整个蒸呢工艺。其中罐蒸过程是整个工艺的核心。

        罐蒸工艺主要包括以下七步：1.罐内抽真空2.对呢坯给湿3.加热加压4.外进内流5.内进外流6.抽气减压7.机外抽冷。根据A、B工艺的选择，1、2、3、4四种循环方式的选取，BEGINNING、BEGINNING+END、END蒸罐抽真空的先后，可以实现24种不同的蒸呢工艺。图2为选择工艺A、循环方式(1、2、3、4)、抽真空模式为BEGINNING+END的工艺流程示意图。


                                                            图2 入罐、罐蒸、出罐流程示意图


        卷绕和退卷是同时进行两个不同过程，准备蒸的呢坯通过卷绕卷入带布内，同时蒸呢完毕呢坯通过退卷从带布中放出。图3为卷绕流程示意图图，4为退卷流程示意图。