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中達電通公司 上海機電業務處 李 強
摘 要：在介紹拉絲機原理的基礎上，詳細討論基於PLC平台的高端金屬拉絲機電氣自動化主控係統開發技術。
關鍵字：台達 PLC 變頻器 三聯拉絲機
1 引言
金(jin)屬(shu)絲(si)材(cai)是(shi)最(zui)基(ji)本(ben)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)金(jin)屬(shu)深(shen)加(jia)工(gong)製(zhi)品(pin)。生(sheng)產(chan)金(jin)屬(shu)絲(si)材(cai)的(de)金(jin)屬(shu)拉(la)拔(ba)機(ji)械(xie)簡(jian)稱(cheng)拉(la)絲(si)機(ji)。隨(sui)著(zhe)國(guo)家(jia)對(dui)不(bu)可(ke)再(zai)生(sheng)資(zi)源(yuan)的(de)日(ri)益(yi)關(guan)注(zhu)，提(ti)倡(chang)節(jie)約(yue)，在(zai)整(zheng)個(ge)電(dian)線(xian)電(dian)纜(lan)行(xing)業(ye)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)廠(chang)家(jia)開(kai)始(shi)嚐(chang)試(shi)開(kai)發(fa)新(xin)型(xing)的(de)生(sheng)產(chan)設(she)備(bei)，如(ru)銅(tong)包(bao)鋁(lv)設(she)備(bei)，由(you)此(ci)延(yan)伸(shen)出(chu)來(lai)的(de)三(san)聯(lian)拉(la)等(deng)高(gao)端(duan)設(she)備(bei)的(de)潛(qian)在(zai)市(shi)場(chang)顯(xian)得(de)非(fei)常(chang)巨(ju)大(da)，張(zhang)家(jia)港(gang)維(wei)達(da)機(ji)械(xie)正(zheng)是(shi)看(kan)到(dao)了(le)這(zhe)樣(yang)的(de)商(shang)機(ji)，因(yin)此(ci)投(tou)入(ru)人(ren)力(li)、wulikaishiyanfaxinxingdesanlianlashebei。zaijingzhengjiliedelasijishichang，danpianjikaifadezhuanyongkongzhiqiyijilasijizhuanyongbianpinqixitongsuiranjiegoujiandanzaojiadilian，danshiduiyugongyitiaojianyaoqiuyangedegaoduanlasiji，youchumoping、PLC與變頻器係統集成的方案具有更加優秀的自動控製技術優勢。
2 拉絲機工藝描述
拉絲機種類繁多，按照拉絲的線徑大小可以分為：微拉機（線徑單位：絲）、小拉機（線徑單位：0.Xmm）、中拉機（線徑單位：mm）、大拉機（線徑單位：1X mm）從拉絲機內部控製方式和機械結構來說，又可以分為水箱式、滑輪式、zhijinshidengzhuyaodejizhong。duiyubutongyaoqiu，butongjingduguizedechanpin，butongdejinshuwuliao，kexuanzebutongguigedelasijixie。eryugangsishengchanqiyehegaoduansicai，zhenduicailiaotexing，qijingduyaoqiuhelabawendingdugao，yincishiyongzhijinshilasijijiaoduo。jinguanlasigongyibutong，danqigongzuoguochengjibenshangkeyihuafenchengfangxian、拉絲、收線等3部份工藝過程。
jinshusidefangxian，duiyuzhenggelasijihuanjielaishuo，qikongzhimeiyouguogaodejingduyaoqiu，dabufenlasijixie，fangxiandecaozuoshitongguobianpinqiqudongfangxianjiashixiande，danyeyoubufenshuangbianpinkongzhidelasijixie，shenzhizhijietongguolasihuanjiedesixianzhangliqianshensongjinlasiji，shixianziyoufangxian。lasihuanjieshilasijizuiweizhongyaodegongzuohuanjie。butongjinshuwuliao，butongdesizhipinzhongheyaoqiu，lasihuanjieyouhendadebutong，benwenjiangxiangxifenxishejizhijinshilasijizidongkongzhixitong。shouxianhuanjiedegongzuosudujuedinglezhenggelasijixiedeshengchanxiaolv，yeshizhenggexitongzuinankongzhidebufen。zaishouxianbufen，changyongdekongzhijishuyoutongbukongzhiyuzhanglikongzhishixianjinshuzhipindeshoujuan。
3 係統設計
3.1 直進式三聯拉絲機係統方案設計
直進式三聯拉絲機自動化係統框圖參見圖1。
圖1直進式三聯拉絲機自動化係統框圖
三聯拉屬於大型拉絲機，拉出絲的線徑較粗（最大線徑14mm），因此需要電機在低頻啟動時要能提供足夠大的輸出轉矩。這樣對於變頻器的低頻特性有較高的要求。因此在做方案時選擇了使用B係列的變頻器，矢量控製能較普通變頻器在低頻控製時，讓電機的輸出轉矩有明顯的提高。
三聯拉不同於傳統的拉絲機，一般的拉絲機分為雙變頻和單變頻控製兩種。因此在控製上隻要PID參(can)數(shu)在(zai)調(tiao)試(shi)的(de)過(guo)程(cheng)當(dang)中(zhong)能(neng)夠(gou)合(he)理(li)設(she)置(zhi)，讓(rang)收(shou)線(xian)的(de)速(su)度(du)通(tong)過(guo)積(ji)分(fen)的(de)作(zuo)用(yong)跟(gen)隨(sui)拉(la)絲(si)的(de)速(su)度(du)，將(jiang)積(ji)分(fen)增(zeng)益(yi)設(she)置(zhi)的(de)大(da)一(yi)些(xie)，而(er)積(ji)分(fen)周(zhou)期(qi)要(yao)長(chang)一(yi)些(xie)，這(zhe)樣(yang)控(kong)製(zhi)效(xiao)果(guo)會(hui)比(bi)較(jiao)理(li)想(xiang)。而(er)三(san)聯(lian)拉(la)分(fen)為(wei)兩(liang)級(ji)拉(la)伸(shen)，從(cong)拉(la)的(de)速(su)度(du)跟(gen)隨(sui)主(zhu)拉(la)的(de)速(su)度(du)，同(tong)時(shi)收(shou)線(xian)的(de)速(su)度(du)要(yao)快(kuai)速(su)跟(gen)隨(sui)從(cong)拉(la)的(de)速(su)度(du)。當(dang)主(zhu)拉(la)速(su)度(du)變(bian)化(hua)時(shi)，從(cong)拉(la)及(ji)收(shou)線(xian)的(de)速(su)度(du)要(yao)跟(gen)隨(sui)主(zhu)拉(la)的(de)速(su)度(du)同(tong)升(sheng)同(tong)降(jiang)，並(bing)且(qie)由(you)於(yu)主(zhu)拉(la)加(jia)減(jian)速(su)打(da)破(po)了(le)之(zhi)前(qian)的(de)平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態(tai)，要(yao)求(qiu)從(cong)拉(la)及(ji)收(shou)線(xian)的(de)要(yao)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)，達(da)到(dao)新(xin)的(de)平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態(tai)。尤(you)其(qi)是(shi)收(shou)線(xian)要(yao)更(geng)加(jia)要(yao)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)。由(you)於(yu)控(kong)製(zhi)對(dui)象(xiang)相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)在(zai)速(su)度(du)上(shang)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)，因(yin)此(ci)在(zai)應(ying)用(yong)普(pu)通(tong)拉(la)絲(si)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)，使(shi)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)PIDtiaozhengjiuhennanshideconglaheshouxiandadaopingheng。jifenzuoyongdezhihou，tongshipinghengganketiaojiedefanweiyoubijiaoxiao，ruguobunengkuaisuxiangying，huichuxianbaiganhuidaopinghengweizhideshijianjiaochang，tongshizaihuidaopinghengweizhihou，youyujifendeleijishideqianhousuduyijingyoujiaodadechayi，youzaochengchaoguopinghengweizhi，cishihouyijiyouxuyaojingguoyiduanshijiandejifenzuoyongcainengjiangsuduxiaozhengguolai，danyouyujifenzuoyongdezhihoushidehaiweijiangpinghengganxiaozhengguolai，kenengsijiuyijingbeiladuanle。yincixuyaoyizhongxindekongzhisuanfa，yaonenggoukuaisuxiangyingzhusudebianhua，tongshibunenggouchaotiao，zaochengxitongdezhendang。jutidekongzhisuanfazaixiawenjinxingxiangxidejieshaojishuoming。
3.2 控製係統結構與算法設計
（1）係統控製結構。係統控製結構如圖2所示。
圖2 係統控製結構如
（2）kongzhisuanfasheji。genjushijikongzhiduixiangdetexing，yaoqiukuaisuxiangying，tongshitiaojiefanweiyouxian。yincikaolvyongbilideguanxijinxingtiaozheng，yinweidalajixieshejishangyuweila、小拉、中zhong拉la有you很hen大da的de不bu同tong。前qian者zhe收shou線xian都dou存cun在zai卷juan徑jing的de變bian化hua，由you卷juan徑jing的de變bian化hua而er影ying響xiang速su度du。而er大da拉la的de收shou線xian部bu分fen不bu同tong於yu前qian者zhe，可ke以yi忽hu略lve卷juan徑jing的de變bian化hua。算suan法fa如ru下xia公gong式shi所suo示shi：
其中K1為主拉與從拉之間的同步比例係數，K2為從拉與收線之間的同步比例係數。
Kf1, Kf2分別為反饋比例係數，ΔE1，ΔE2為偏離平衡位置的偏差，偏差有正負之分。
由you於yu原yuan料liao絲si經jing過guo不bu同tong孔kong徑jing的de模mo具ju後hou，被bei拉la成cheng細xi線xian徑jing的de絲si。因yin此ci伸shen長chang率lv很hen大da，如ru果guo對dui伸shen長chang部bu分fen不bu進jin行xing處chu理li，在zai低di速su和he高gao速su的de時shi候hou，從cong拉la及ji收shou線xian是shi來lai不bu及ji響xiang應ying的de。如ru何he確que定dingK1與K2的大小，可以通過原料絲與被拉後絲的體積不變的原則來計算。因此在人機界麵上由操作者在圖3畫麵進行設定。
圖3 同步比例係數設定畫麵
（3）同步比例係數的確定方法。因為體積V=πr2L(r為絲的半徑，L為絲的長度)，因此從原料絲到經過模具後絲的線徑發生了變化。假設進模具前的線徑為r1,長度為L1;經過模具後絲的線徑為r2,長度為L2，則根據體積不變的原則可以得出：
因此：r12L1= r22L2，即原料絲經過模具後被拉長了，伸長的係數K= L2/ L1= r12/ r22
經過這樣的推導，就可以得出在前麵控製算法中（1）,(2)兩式中同步比例係數K1、K2.
反饋比例係數Kf1、Kf2的確定是依據具體的調試效果來確定。
3.3 台達機電產品應用設計
（1）硬件構成。硬件構成參見表1。
表1 硬件選型
（2）PLC-變頻器電氣設計。在配置上選用比較有特色的DVP10SX00R的主機，該主機上自帶2路模擬量輸入和2路模擬量輸出，解析度12位。另外選用DVP02DA-S的模塊，一路作為兩個平衡杆電位器的電源，另外一路作為收線變頻器的速度給定。而主機上自帶的2路DA，分別作為主拉變頻、從拉變頻的速度給定。另外2路AD則分別作為2路電位器的反饋輸入，參見圖4。這樣不僅僅能夠為客戶節省大幅的成本，同時安裝尺寸也非常小，節省了安裝空間。
圖4 PLC電控設計
4 係統調試
在整個調試過程中，不僅要合理的調整反饋比例係數。同時也要注意主拉、conglazaizhengchangyunxingguochengzhongchulidebutong。keyixiangxiangyouyuyuanliaosidexianjingzuicu，jidiyidaolashenzhuladianjiyaochugengduodeli，jizhulazaidisuqidongshixuyaojiaogaodezhuanju，ruguojinjindanchundequtiaoshiPLCchengxu，gaibianfankuibilixishu，zailabutongxianjingdesishi，kongzhidexiaoguoyidingshihuifashengbianhuade。womenbukenengyaoqiucaozuorenyuanqudongtaidetiaozhengfankuibilixishu。qishizhiyaojiangzhuladeV/F曲線調整的合理，提高低速轉距或者根據實際情況還可以將主拉變頻的控製方式改成矢量控製，來彌補低速運行時出力不足的情況。
如果主拉的控製方式采用矢量控製，在負載較重的時候，會發現平衡杆頻繁震蕩。
如(ru)果(guo)觀(guan)察(cha)運(yun)行(xing)電(dian)流(liu)，會(hui)發(fa)現(xian)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)電(dian)流(liu)忽(hu)大(da)忽(hu)小(xiao)，之(zhi)所(suo)以(yi)會(hui)出(chu)現(xian)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)由(you)於(yu)采(cai)用(yong)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)時(shi)，變(bian)頻(pin)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)會(hui)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，以(yi)提(ti)高(gao)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)。而(er)電(dian)流(liu)改(gai)變(bian)的(de)太(tai)頻(pin)繁(fan)，會(hui)造(zao)成(cheng)上(shang)述(shu)的(de)現(xian)象(xiang)，如(ru)何(he)解(jie)決(jue)？可(ke)以(yi)增(zeng)大(da)轉(zhuan)矩(ju)補(bu)償(chang)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)時(shi)間(jian)，增(zeng)大(da)該(gai)值(zhi)可(ke)以(yi)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)克(ke)服(fu)振(zhen)動(dong)的(de)現(xian)象(xiang)。這(zhe)一(yi)點(dian)是(shi)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)的(de)。
整個係統在運行中可以分啟動、加速、減速、停(ting)車(che)過(guo)程(cheng)。啟(qi)動(dong)要(yao)求(qiu)主(zhu)拉(la)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)啟(qi)動(dong)轉(zhuan)矩(ju)，在(zai)拉(la)最(zui)大(da)線(xian)徑(jing)時(shi)也(ye)要(yao)能(neng)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)力(li)量(liang)。在(zai)加(jia)速(su)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)需(xu)要(yao)從(cong)拉(la)的(de)加(jia)速(su)時(shi)間(jian)要(yao)小(xiao)於(yu)主(zhu)拉(la)的(de)加(jia)速(su)時(shi)間(jian)，目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)快(kuai)速(su)跟(gen)隨(sui)主(zhu)拉(la)速(su)度(du)的(de)變(bian)化(hua)，同(tong)時(shi)也(ye)能(neng)及(ji)時(shi)的(de)對(dui)平(ping)衡(heng)杆(gan)的(de)變(bian)化(hua)響(xiang)應(ying)出(chu)來(lai)。收(shou)線(xian)在(zai)加(jia)速(su)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，加(jia)速(su)時(shi)間(jian)要(yao)比(bi)從(cong)拉(la)更(geng)小(xiao)，因(yin)為(wei)收(shou)線(xian)要(yao)更(geng)加(jia)快(kuai)速(su)的(de)對(dui)主(zhu)拉(la)或(huo)從(cong)拉(la)速(su)度(du)的(de)變(bian)化(hua)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)。在(zai)減(jian)速(su)和(he)停(ting)車(che)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，也(ye)要(yao)合(he)理(li)的(de)對(dui)主(zhu)拉(la)、從拉、收線的減速時間進行設定。以保證在停車時平衡杆能夠停在平衡位置附近。
5 結束語
基於台達機電技術的三聯直進式金屬拉絲機係統已經投入試車運行。係統啟動、加速、減速、tingzhidedongtaiguochengshijixiaoguodadaoyuqisheji。pinghengganshizhongzaipinghengweizhishangxiahenxiaodeyigefanweineiqingweidebaidong。bentaoxitongqubieyuqitaxitong，nenggouzidongtiaozhengxianjingdebianhuazaochengdeshenchanglvdebianhua。tongbubilixishuzidongtiaozheng，feichanglinghuo。
作者簡介
李 強 男 （台達）機電產品高級技術支持工程師（FAE） 工業自動化專業方向 在組態軟件、數據庫、人機、PLC、變頻器、伺服、直流調速、溫控等自動化產品的係統集成和項目開發領域具有豐富的電氣成套設計和係統開發的經驗
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