一、概述 拉絲機(jī)是機(jī)械行業(yè)主要的加工設(shè)備之一，主要是將銅（鋼）線加工成各種規(guī)格細(xì)線，一般由放線、水冷、收線及排線等部分組成，其中電氣傳動部份主要由放線電機(jī)和收線電機(jī)及排線電機(jī)實(shí)現(xiàn)。隨著控制技術(shù)的成熟發(fā)展，PLC與變頻器廣泛被用于拉絲機(jī)設(shè)備。 客戶拉絲機(jī)控制系統(tǒng)項目主要采用艾默生公司EC20系列PLC、EV1000變頻器與TD3000變頻器（見圖1）產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。該產(chǎn)品無論從控制算法的先進(jìn)性，可實(shí)現(xiàn)性，還是從硬件平臺的簡易性，穩(wěn)定性和實(shí)用性都具有明顯的優(yōu)越性。 二、系統(tǒng)控制組成及工藝要求 1、拉絲機(jī)的主要電氣構(gòu)成 一般拉絲機(jī)主要由放線電機(jī)與收線電機(jī)及排線電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動部分，隨著收線卷徑不斷擴(kuò)大收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)的減小，以保證線速恒定，我們可利用轉(zhuǎn)矩變化來調(diào)節(jié)收線電機(jī)的速度。排線電機(jī)由于功率較小，直接由EV1000來控制。收線電機(jī)由TD3000控制，控制系統(tǒng)核心由EC20-PLC來實(shí)現(xiàn)。 放線電機(jī)與收線電機(jī)分別由兩臺變頻器控制（見圖1），放線變頻器通過外部電位器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，收線變頻器先讀電機(jī)實(shí)際需要轉(zhuǎn)矩（可由人工電位器調(diào)整變頻器參數(shù)F.E），再用相應(yīng)轉(zhuǎn)矩（變頻器參數(shù)Ｆ3.07控制轉(zhuǎn)矩限制 ）來控制收線變頻器。隨著收筒卷徑的變化轉(zhuǎn)矩的大小信號也隨著變化，我們根據(jù)運(yùn)行規(guī)律及卷徑的變化給予一定的補(bǔ)償，使絲線保持一定的線速度。工藝示意圖如下： [align=center] 圖1[/align] 2、生產(chǎn)工藝 拉絲機(jī)有大、中、小與微拉機(jī)之分。對于不同要求，不同精度規(guī)則的產(chǎn)品，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機(jī)械。對大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對其材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度要求也高，其工作過程如下： （1） 放線:金屬或鋼絲的放線速度，對于整個拉絲機(jī)環(huán)節(jié)來說，其控制沒有過高精度要求，對大部分拉絲機(jī)械，放線的控制是通過變頻器驅(qū)動放線機(jī)實(shí)現(xiàn)的，可調(diào)節(jié)其頻率速度。 （2） 拉絲:拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機(jī)最為重要的環(huán)節(jié)。不同金屬物料，不同的產(chǎn)品精度和要求，拉絲環(huán)節(jié)有很大的不同，拉絲部分與放線部分共用一臺電機(jī)，金屬絲通過內(nèi)部塔輪的導(dǎo)引，經(jīng)過模具而逐步拉伸。 （3） 收線:收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個拉絲機(jī)械的生產(chǎn)效率，也是整個拉絲機(jī)工作的重要工序。由PLC根據(jù)放線速度等條件，經(jīng)過相應(yīng)算法和補(bǔ)償后，通過控制收線電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)。 （4） 換輪：最后一道工序，工字輪卷滿鋼絲后，由人工停止系統(tǒng)并把其拿走，放置一個空工字輪，拉絲工序重新開始。 3、控制原理 操作面板和PLC負(fù)責(zé)設(shè)定和監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，通過變頻器的各個設(shè)定端子，直接進(jìn)行各個拉絲控制變頻器狀態(tài)。收線電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩通過主操控PLC輸出給定。PLC根據(jù)上一級電機(jī)的運(yùn)行速度來決定收線電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩，為了保證線速基本恒定以保證金屬產(chǎn)品的品質(zhì)，拉絲環(huán)節(jié)電機(jī)的主控速度通過PLC綜合上一級電機(jī)的運(yùn)行頻率給定，單獨(dú)主給定信號控制產(chǎn)品生產(chǎn)精度有限，剛開始生產(chǎn)時拉絲會較緊，后面階段則可能較松。絲線每繞工字輪從左到右（或從右到左）轉(zhuǎn)一趟，都會有個脈沖信號送給PLC，PLC根據(jù)此信號來檢測卷徑的變化。為達(dá)到生產(chǎn)要求，需要根據(jù)轉(zhuǎn)徑的變化來不斷調(diào)整控制轉(zhuǎn)矩。其余電器的邏輯控制部分可根據(jù)生產(chǎn)工藝來編寫PLC程序。 主控制信號控制變頻器時，必須考慮機(jī)械慣性，按一定的斜率輸出，即通過一頻率斜坡發(fā)生器產(chǎn)生變頻器主控制信號。發(fā)生器的斜率可針對不同機(jī)械的特性而設(shè)定。它決定了當(dāng)前拉絲機(jī)的動態(tài)特性，在整個信號給定中，當(dāng)輔助信號所占比例較大時，轉(zhuǎn)速將出現(xiàn)大的振蕩而較難穩(wěn)定，當(dāng)輔助信號占比例較小時，其控制跟隨速度較慢。因此須在主控PLC或變頻器內(nèi)部對輔助轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償進(jìn)行限幅，通過簡單的比例關(guān)系，設(shè)定主給定信號和拉絲機(jī)本身給定信號的相應(yīng)關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)。 四、控制系統(tǒng)簡介 該拉絲機(jī)系統(tǒng)全部采用先進(jìn)的PLC+變頻器控制方式。PLC部分為艾默生公司EC20系列32點(diǎn)PLC，其實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高、體積小且堅固耐用?？稍O(shè)定控制參數(shù)，處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲及查詢等功能，PLC內(nèi)運(yùn)行設(shè)定的邏輯控制程序。 主模塊CPU自帶2個異步串行通訊端口，其中COM0口主要用于編程調(diào)試,COM1口提供了RS232 和RS485電平，可與PC機(jī)、HMI、其它工控設(shè)備之間通訊和控制，內(nèi)置通用的Modbus 協(xié)議，組成1:N網(wǎng)絡(luò)。可提供Profibus 總線的從站擴(kuò)展模塊，組成Profibus 總線網(wǎng)絡(luò)。本次EC20-32與TD3000通信采用的是485口，自由口通信協(xié)議。PLC根據(jù)一定的算法發(fā)出命令給變頻器。變頻器再以轉(zhuǎn)矩方式來精確的控制拉絲機(jī)平穩(wěn)地收線。 系統(tǒng)其余部分例如汽缸的夾緊、拉絲排線、運(yùn)行指示燈、報警、啟動停止、變頻器控制與緊急停車等邏輯控制功能，可根據(jù)生產(chǎn)工藝編寫出合適的PLC控制程序。系統(tǒng)電路接線如圖2和圖3所示： [align=center] 圖2 圖3[/align] 通信讀寫與邏輯控制部分都編寫了不同的子程，在CPU主程序里直接調(diào)用即可（最多可調(diào)用64個子程序）。PLC里還設(shè)置了相應(yīng)的密碼（PLC可提供3級用戶密碼權(quán)限）。保護(hù)用戶程序的私密性。 五、通信及相關(guān)參數(shù)設(shè)置 在本系統(tǒng)中，EC20-PLC與TD3000通信采用自由口協(xié)議（也可選用MODBUS協(xié)議或Profibus協(xié)議，Profibus需另加模塊）。在此總線協(xié)議上每段最多32個站（最多31個從站），可用中繼器擴(kuò)展至127個站（包含中繼器）。TD3000 通過RS485總線接口接入PLC控制網(wǎng)。有關(guān)參數(shù)設(shè)置說明如下： 數(shù)據(jù)格式：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)；（F9.01數(shù)據(jù)格式０） 波特率：9600 bps（F9.00波特率3） 通信地址：2（F9.02站地址） 通信方式：PLC/PC機(jī)后臺為主機(jī)，變頻器為從機(jī)。采用主機(jī)輪詢，從機(jī)應(yīng)答方式。 協(xié)議類型（可根據(jù)需要選用）： 協(xié)議采用長短幀結(jié)構(gòu)： 短幀——用于獨(dú)立傳送自動控制系統(tǒng)所需的控制字、主設(shè)定和狀態(tài)字、實(shí)際值；效率高。 長幀——既包括控制字和狀態(tài)字又含有涉及到操作控制、觀測、維護(hù)以及診斷等的內(nèi)容。 對于只需要控制變頻器運(yùn)行，而不需要讀寫功能碼的場合，可使用短楨。對于需要對變頻器功能碼進(jìn)行操作的情況，需要使用變頻器長楨。 注意：使用通信控制變頻器時，請先檢查硬件是否連接好。同時，將變頻器的通信數(shù)據(jù)格式、波特率以及通信地址設(shè)置好。詳細(xì)自由口協(xié)議請參閱TD3000變頻器串行通信協(xié)議。其余參數(shù)按電機(jī)有關(guān)性能設(shè)置即可,加減速時間可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。 EC20 系列PLC 主模塊提供了三種軟件協(xié)議資源：編程口協(xié)議、MODBUS、自由口協(xié)議，用戶通過在編程時設(shè)定配置信息，確定每個通訊口使用的通訊協(xié)議。 CPU自帶2 個通訊端口，其中COM0 作為用戶編程的專用接口，COM1口同時提供了RS232 和RS485 電平，用RS485口可與TD3000進(jìn)行通訊和控制。通信設(shè)置：在工程管理器\系統(tǒng)塊\通信口\通信口1\設(shè)置自由口協(xié)議： 波特率：9600 奇偶校驗(yàn)：不校驗(yàn) 數(shù)據(jù)位：8 停止位：1 幀間超時：20ms 用戶可采用ControlStar 集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行EC20 系列PLC 的用戶程序的編程、下載與上載、調(diào)試和監(jiān)控，該編程環(huán)境提高了豐富的幫助信息，可選用梯形圖、指令列表、順序功能圖等方式進(jìn)行編程。 六、注意事項 在調(diào)試過程中主要應(yīng)注意起動階段與停車階段應(yīng)保持放線電機(jī)與收線電機(jī)同步起動。 1、啟動階段 啟動變頻器緩慢升速，如啟動時出現(xiàn)斷線現(xiàn)象說明收線電機(jī)啟動過快，可相 應(yīng)地調(diào)整收線電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩及放線、收線變頻器的加減速時間幾個相關(guān)參數(shù)。 2、停車階段 停機(jī)時放線、收線電機(jī)由當(dāng)前運(yùn)行頻率按減速時間減速，使得放線、收線電機(jī)準(zhǔn)確停車，這樣便不會因?yàn)榉啪€電機(jī)過快停車造成銅線拉斷。如果在停機(jī)過程中出現(xiàn)斷線可相應(yīng)地調(diào)放線、收線變頻器減速時間。 3 、通信問題 EC20-PLC與TD3000通信時，除了相應(yīng)的通信地址、數(shù)據(jù)格式要對應(yīng)外，其中數(shù)據(jù)接收的禎間超時要設(shè)置（參考值20ms），與多臺變頻器通信時，波特率最好選9600。 七 、系統(tǒng)效果 拉絲機(jī)采用變頻器控制可以根據(jù)絲線不同規(guī)格調(diào)節(jié)放線電機(jī)的速度，提高了產(chǎn)品精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面變頻器控制實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動延長電機(jī)使用命，也減少了電氣維護(hù)量。 系統(tǒng)自投運(yùn)以來，效果很好。大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，方便了維修人員檢修。實(shí)時性、穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)滿足要求，得到客戶的肯定。