摘要：变压器铁芯纵剪线是生产变压器的重要设施，其属于变压器厂重要生产设备，在铁芯生产中占据重要地位，其精度及运行效率将影响变压器产品性能、材料损耗等。为提升变压器产品性能，需对变压器铁芯纵剪线进行优化。使用PLC对变压器铁芯纵剪线控制系统进行优化，利用PI控制有效控制铁芯纵剪线运行速度，利用模糊PI控制对电流进行控制，保证变压器铁芯纵剪线控制系统运行良好、可满足生产要求。
关键词：PLC；变压器；变压器铁芯纵剪线；控制系统
引言
变压器生产中需要多种设备的配合，变压器铁芯纵剪线是其中之一，也是影响变压器厂生产效率及质量的重要设备[1]。变压器厂可利用变压器铁芯纵剪线将硅钢带宽卷切割成符合变压器生产要求的宽度，将切割好的硅钢卷起形成卷料。变压器铁芯纵剪线发生故障，将影响变压器厂生产效率。20世纪80年代由德国进口的变压器铁芯纵剪线控制系统是由单片机、模拟电子元器件等共同构成。在长时间运行下，部分元器件日渐老化，变压器铁芯纵剪线控制系统出现故障几率增高[2]。若变压器铁芯纵剪线控制系统其中一个元器件发生故障，将影响整个系统运行稳定性及安全性。目前，部分元器件很难在市场上找到，因而变压器铁芯纵剪线控制系统维修难度比较高。为解决此问题、保证变压器铁芯纵剪线控制系统稳定运行，需对原有系统进行优化，利用PLG对变压器铁芯纵剪线控制系统进行改造。
1变压器铁芯纵剪线生产流程
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图1变压器铁芯纵剪线生产流程简图
如图1所示，变压器铁芯纵剪线是由开卷机、纵剪机、张紧设备等共同构成的。硅钢带宽卷纵剪线生产流程为：生产材料拆包→配置上料小车→打开开卷机→胶辊处理→活动导向设备→利用圆盘剪剪开材料→拉料辊处理→分料轮1处理→张紧轮处理→分料轮2处理→支撑辊处理→卷取机处理→将处理好的材料放置在下料小车→对产品进行检验→检验合格后打包。
下面主要分析变压器铁芯纵剪线主要构成：
1.1开卷机
开卷机的主要作用是上料、放料，其运行过程中可利用手轮旋转螺杆副，由其带动主轴上的滑套，利用滑套推动卷筒进行胀开、收缩运动。另外，开卷机运行过程中可利用液压系统的传动作用实现胀开、收缩运动[3]。通常情况下，选用的是内径为51厘米的卷料。操作人员在确定卷筒处于收缩状态后，把卷料套在卷筒上，之后才可转动手轮。随着手轮的转动，卷料逐渐撑紧、最终完成上料目标。开卷机的运行需要电力资源的支持，开卷机运行速度与纵剪机一致。除开卷机运行速度外，其上料方式也会影响纵剪机运行效率、变压器铁芯纵剪线生产效率。部分变压器厂选择的是天车上料方式，上料过程中硅钢卷易出现损坏问题，且不能有效控制硅钢卷放置位置，如此将影响纵剪机运行效率、变压器铁芯纵剪线生产效率。为免出现这些问题、保证纵剪机运行效率，变压器厂需配置上料小车。变压器厂可选用手推式、手动机械升降、液压行走等类型上料小车。
1.2纵剪机
其属于变压器铁芯纵剪线主机，是影响变压器铁芯纵剪线生产效率的重要设备。纵剪机是由活动导向设备、圆盘剪、拉料辊共同构成。其中，活动导向设备设置在纵剪机进料位置，其主要作用是把硅钢带平稳的运输到两个纵向剪刀轴。简言之，纵剪机可利用活动导向设备将未进入纵剪机的硅钢带准确导入纵向剪刀轴，保证硅钢带可被迅速、准确剪切。圆盘剪的作用是对进入纵剪机的硅钢带进行纵向剪切。为保证生产效率及质量，大多选用高速钢或硬质合金制成的圆盘剪刀片。变压器厂工作人员使用螺钉将刀盘、刀体固定在一起，在刀体内部配置夹紧结构。拉料辊设置在纵剪机出料位置，其是由上、下两个拉料辊构成的。选择外部包裹橡胶或聚氨酯的钢管作为上部拉料辊（通常其肖氏硬度在85到90），选择钢棍作为下部拉料辊。拉料辊的运行需要纵剪机传动系统的支持，同时需保证上、下拉料辊平行，拉料辊与刀轴呈平行状态。上辊升降结构是由螺杆副、螺旋副、压簧共同组成的，利用上辊升降结构在上、下拉料辊之间形成压力，从而实现牵引硅钢带的目的。
1.3张紧设备
张紧设备是由分料轮1、张紧轮、分料轮2、支撑辊共同构成。变压器铁芯纵剪线中，张紧设备安装在纵剪机与收卷机之间。张紧设备的主要作用是给正处于收卷状态的硅钢片材料一定张力，把已剪开的材料条分开，确保材料条可在收卷机上紧密、整齐排列并收卷。为保证生产效率及质量，操作人员需合理调整张紧设备的压力。若材料条承受的压力不均匀，在收卷机作用下，材料条将出现不整齐等问题。另外，由于收卷机需同时收卷多条材料条，若各材料条压力不一致，可能影响材料条在地坑中的高度，进而对收卷机运行速度造成负面影响。
1.4收卷机
收卷机是由电动机、联轴器、制动器、减速箱等共同构成的。在整个变压器铁芯纵剪线中，收卷机处于尾部位置。收卷机的作用是将已剪切完毕的材料条收卷起来。收卷机运行过程中，操作人员需保证已剪切好的材料条同时缠绕在卷筒上，并保证材料条紧密、整齐排列，且材料条两端对齐。在材料条逐渐缠绕在卷筒上的同时，卷筒直径逐渐增大，材料条在张力作用下形成的力矩也在逐渐加大。
1.5下料方法
材料条在收卷完毕后，需将处理好的材料放置在下车上下料。在收卷机运行完毕后，把小车台面上升到料卷下方侧面位置，随着收卷机的逐渐收缩，卷料将落在小车台面上。将小车沿卷筒纵向方向拉出，之后利用吊车将小车运输到指定位置。
2变压器铁芯纵剪线控制系统设计
剪切毛刺、单边直线度是影响变压器铁芯纵剪线剪切质量的重要指标。其中，剪切毛刺不仅会影响变压器铁芯纵剪线剪切质量，还会影响变压器产品损耗等多种性能。变压器生产行业明确表示变压器铁芯纵剪线剪切毛刺需在0.02毫米以下。变压器铁芯纵剪线中开卷机、纵剪机、收卷机运行速度及运行质量将直接影响纵剪线剪切质量。为保证纵剪线剪切质量，需保证开卷机、纵剪机运行速度一致，纵剪机、收卷机运行速度一致。为保证材料生产质量，需在开卷机、纵剪机之间与纵剪机、收卷机之间设置活套。开卷机、纵剪机、收卷机的运行需要电力资源的支持，且利用编码器检测器运行速度。
开卷机上配置的开卷臂上料卷的卷径将逐渐缩小，因而并不能在开卷机上检测其速度。为检测开卷机运行速度，可通过在活套临近开卷机的方向设置小胶辊，并在其中一个胶辊上安装编码器，在保证生产质量的同时可检测开卷机运行速度。其主要原因为胶辊上硅钢带的运行速度和开卷机的运行速度一致。我们可通过在纵剪机上拉料辊上安装编码器的方式，检测纵剪机运行速度。另外，收卷机中的卷料直径在逐渐增大，我们不能直接检测收卷机运行速度。我们可通过在支撑辊上安装编码器的方式，检测收卷机运行速度。我们可利用在开卷机、剪切机、收卷机位置安装的编码器发出的脉冲信号确定变压器铁芯纵剪线运行速度，利用PLC对其进行集中控制。为保证生产效率及质量，需依据纵剪机运行速度控制开卷机、收卷机运行速度。我们可采用手动方式确定纵剪机运行速度。为避免由于测量、机械加工误差引发开卷机、收卷机、纵剪机运行速度不匹配问题，可在活套坑中设置光电开关B11、B12、B21、B22。在发现硅钢带超过提前设定的上限时，开卷机将加快运行速度、收卷机降低运行速度；在硅钢带低于提前设定的下限时，开卷机将降低运行速度、收卷机加快运行速度。
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图2变压器铁芯纵剪线控制系统总体框架图
利用PI对变压器铁芯纵剪线运行速度进行调节。相较于运行速度调节来讲，电流调节速度比较快、波形变化较为复杂，且调节频率比较高。同时，需保证电动机转矩稳定性，电流调节器调节频率比较高。因此，利用模糊PI控制变压器铁芯纵剪线电流，这对提高变压器铁芯纵剪线控制系统性能有一定作用。
模糊语言变量选择e、ec、Kp、Ti，且所有变量论域均设置在［－6，+6］，明确这些变量的隶属度函数。利用Mamdani模糊推理方法进行分析，依据不同偏差、偏差变化率分析不同状态下模糊控制器输入量。
在调整PI参数时，操作人员可依据已采集的样本、变化后的E、EC数值查找相应表格，并获得Kp、Ti数值。依据以上数值、计算公式，可得出PI参数。
计算公式为：
3系统上机界面
变压器铁芯纵剪线控制系统上位机选用的是研华工控机IPC－610H，Kingview6.53则是系统的监控软件。利用R232将系统上位机与PLC连接起来，这对实现实时通讯、数据共享具有重要意义。整个上机界面选用的是中文，以保证所有操作人员都可依据界面指示操作。
4PLC程序分析
在编制PLC程序时，选用GX－Developer这一编程软件，利用梯形图语言实现PLC程序功能。变压器铁芯纵剪线主控制器选用的是的是三菱FX2N－64MR系列PLC程序，以达到实时控制纵剪线的目标，扩展模块是由4A/D、4D/A模块共同构成，其对实现模拟量、数字量的转变具有重要意义。输入模块的功能是采集变压器铁芯纵剪线控制系统中的传感器、继电器、光电开关等设备发出的信号。输出模块的功能是准确、及时显示变压器铁芯纵剪线控制系统中电机控制、系统运行状态信息。PLC程序的主要作用是：保证单机或多机点动、联动。在多机联动过程中，需保证开卷机、卷取机运行速度相同。为实现全剪联合剪切，在确保变压器铁芯纵剪线运行速度相同的情况下，需保卷取机运行速度及张力稳定，以保证生产质量。图3为PLC程序流程图。
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图3程序流程图
5结语
变压器铁芯纵剪线是变压器生产设备之一，其运行情况将影响变压器生产效率及质量。随着科技的发展，为提升变压器生产质量、推动变压器厂稳定发展，需利用PLC程序对变压器铁芯纵剪线控制系统进行优化。优化过程中，选用了研华工控机IPC－610H，利用Kingview6.53对系统进行实施监控。利用三菱FX2N－64MR系列PLC程序对变压器铁芯纵剪线控制系统进行控制。将电力资源作为开卷机、纵剪机、收卷机驱动力，使用PI对变压器铁芯纵剪线运行速度进行调节。利用模糊PI控制变压器铁芯纵剪线电流。在试运行后发现，利用PLC改造变压器铁芯纵剪线控制系统，可提升其运行稳定性及安全性，不仅可为变压器厂家节约成本，还可提升变压器铁芯纵剪线生产效率。
参考文献：
[1]赵涛.基于PLC的进口400型变压器铁芯横剪线控制系统改造[D].宁夏大学,2013.
[2]赵霞,赵涛,丁晓军.PLC在400型变压器铁芯横剪线控制系统中的应用[J].测控技术,2014,33(1):87-90,95.