|
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)、物(wu)力(li)開(kai)始(shi)研(yan)發(fa)新(xin)型(xing)的(de)三(san)聯(lian)拉(la)設(she)備(bei)。在(zai)競(jing)爭(zheng)激(ji)烈(lie)的(de)拉(la)絲(si)機(ji)市(shi)場(chang)，單(dan)片(pian)機(ji)開(kai)發(fa)的(de)專(zhuan)用(yong)控(kong)製(zhi)器(qi)以(yi)及(ji)拉(la)絲(si)機(ji)專(zhuan)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)係(xi)統(tong)雖(sui)然(ran)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)造(zao)價(jia)低(di)廉(lian)，但(dan)是(shi)對(dui)於(yu)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)要(yao)求(qiu)嚴(yan)格(ge)的(de)高(gao)端(duan)拉(la)絲(si)機(ji)，由(you)觸(chu)摸(mo)屏(ping)、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、直(zhi)進(jin)式(shi)等(deng)主(zhu)要(yao)的(de)幾(ji)種(zhong)。對(dui)於(yu)不(bu)同(tong)要(yao)求(qiu)，不(bu)同(tong)精(jing)度(du)規(gui)則(ze)的(de)產(chan)品(pin)，不(bu)同(tong)的(de)金(jin)屬(shu)物(wu)料(liao)，可(ke)選(xuan)擇(ze)不(bu)同(tong)規(gui)格(ge)的(de)拉(la)絲(si)機(ji)械(xie)。而(er)於(yu)鋼(gang)絲(si)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)和(he)高(gao)端(duan)絲(si)材(cai)，針(zhen)對(dui)材(cai)料(liao)特(te)性(xing)，其(qi)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)和(he)拉(la)拔(ba)穩(wen)定(ding)度(du)高(gao)，因(yin)此(ci)使(shi)用(yong)直(zhi)進(jin)式(shi)拉(la)絲(si)機(ji)較(jiao)多(duo)。盡(jin)管(guan)拉(la)絲(si)工(gong)藝(yi)不(bu)同(tong)，但(dan)其(qi)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)基(ji)本(ben)上(shang)可(ke)以(yi)劃(hua)分(fen)成(cheng)放(fang)線(xian)、拉絲、收線等3部份工藝過程。
金jin屬shu絲si的de放fang線xian，對dui於yu整zheng個ge拉la絲si機ji環huan節jie來lai說shuo，其qi控kong製zhi沒mei有you過guo高gao的de精jing度du要yao求qiu，大da部bu分fen拉la絲si機ji械xie，放fang線xian的de操cao作zuo是shi通tong過guo變bian頻pin器qi驅qu動dong放fang線xian架jia實shi現xian的de，但dan也ye有you部bu分fen雙shuang變bian頻pin控kong製zhi的de拉la絲si機ji械xie，甚shen至zhi直zhi接jie通tong過guo拉la絲si環huan節jie的de絲si線xian張zhang力li牽qian伸shen送song進jin拉la絲si機ji，實shi現xian自zi由you放fang線xian。拉la絲si環huan節jie是shi拉la絲si機ji最zui為wei重zhong要yao的de工gong作zuo環huan節jie。不bu同tong金jin屬shu物wu料liao，不bu同tong的de絲si質zhi品pin種zhong和he要yao求qiu，拉la絲si環huan節jie有you很hen大da的de不bu同tong，本ben文wen將jiang詳xiang細xi分fen析xi設she計ji直zhi進jin式shi拉la絲si機ji自zi動dong控kong製zhi係xi統tong。收shou線xian環huan節jie的de工gong作zuo速su度du決jue定ding了le整zheng個ge拉la絲si機ji械xie的de生sheng產chan效xiao率lv，也ye是shi整zheng個ge係xi統tong最zui難nan控kong製zhi的de部bu分fen。在zai收shou線xian部bu分fen，常chang用yong的de控kong製zhi技ji術shu有you同tong步bu控kong製zhi與yu張zhang力li控kong製zhi實shi現xian金jin屬shu製zhi品pin的de收shou卷juan。
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PIDcanshuzaitiaoshideguochengdangzhongnenggouhelishezhi，rangshouxiandesudutongguojifendezuoyonggensuilasidesudu，jiangjifenzengyishezhidedayixie，erjifenzhouqiyaochangyixie，zheyangkongzhixiaoguohuibijiaolixiang。ersanlianlafenweiliangjilashen，congladesudugensuizhuladesudu，tongshishouxiandesuduyaokuaisugensuicongladesudu。dangzhulasudubianhuashi，conglajishouxiandesuduyaogensuizhuladesudutongshengtongjiang，bingqieyouyuzhulajiajiansudapolezhiqiandepinghengzhuangtai，yaoqiuconglajishouxiandeyaokuaisuxiangying，dadaoxindepinghengzhuangtai。youqishishouxianyaogengjiayaokuaisuxiangying。youyukongzhiduixiangxianghuzhijianzaisudushangxianghuyingxiang，yincizaiyingyongputonglasijidekongzhifangfa，shiyongjiandandePIDtiaozhengjiuhennanshideconglaheshouxiandadaopingheng。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）控kong製zhi算suan法fa設she計ji。根gen據ju實shi際ji控kong製zhi對dui象xiang的de特te性xing，要yao求qiu快kuai速su響xiang應ying，同tong時shi調tiao節jie範fan圍wei有you限xian。因yin此ci考kao慮lv用yong比bi例li的de關guan係xi進jin行xing調tiao整zheng，因yin為wei大da拉la機ji械xie設she計ji上shang與yu微wei拉la、小拉、zhonglayouhendadebutong。qianzheshouxiandoucunzaijuanjingdebianhua，youjuanjingdebianhuaeryingxiangsudu。erdaladeshouxianbufenbutongyuqianzhe，keyihulvejuanjingdebianhua。suanfaruxiagongshisuoshi：
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(ding)K1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、從(cong)拉(la)在(zai)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)出(chu)力(li)的(de)不(bu)同(tong)。可(ke)以(yi)想(xiang)象(xiang)由(you)於(yu)原(yuan)料(liao)絲(si)的(de)線(xian)徑(jing)最(zui)粗(cu)，即(ji)第(di)一(yi)道(dao)拉(la)伸(shen)主(zhu)拉(la)電(dian)機(ji)要(yao)出(chu)更(geng)多(duo)的(de)力(li)，即(ji)主(zhu)拉(la)在(zai)低(di)速(su)啟(qi)動(dong)時(shi)需(xu)要(yao)較(jiao)高(gao)的(de)轉(zhuan)距(ju)，如(ru)果(guo)僅(jin)僅(jin)單(dan)純(chun)的(de)去(qu)調(tiao)試(shi)PLC程cheng序xu，改gai變bian反fan饋kui比bi例li係xi數shu，在zai拉la不bu同tong線xian徑jing的de絲si時shi，控kong製zhi的de效xiao果guo一yi定ding是shi會hui發fa生sheng變bian化hua的de。我wo們men不bu可ke能neng要yao求qiu操cao作zuo人ren員yuan去qu動dong態tai的de調tiao整zheng反fan饋kui比bi例li係xi數shu。其qi實shi隻zhi要yao將jiang主zhu拉la的deV/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、tingcheguocheng。qidongyaoqiuzhulajuyoujiaogaodeqidongzhuanju，zailazuidaxianjingshiyeyaonengyouzugoudeliliang。zaijiasudeguochengzhongxuyaocongladejiasushijianyaoxiaoyuzhuladejiasushijian，mudeshiweilekuaisugensuizhulasududebianhua，tongshiyenengjishideduipinghenggandebianhuaxiangyingchulai。shouxianzaijiasudeguochengzhong，jiasushijianyaobiconglagengxiao，yinweishouxianyaogengjiakuaisudeduizhulahuoconglasududebianhuajinxingkuaisuxiangying。zaijiansuhetingchedeguochengzhong，yeyaohelideduizhula、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、停(ting)止(zhi)的(de)動(dong)態(tai)過(guo)程(cheng)實(shi)際(ji)效(xiao)果(guo)達(da)到(dao)預(yu)期(qi)設(she)計(ji)。平(ping)衡(heng)杆(gan)始(shi)終(zhong)在(zai)平(ping)衡(heng)位(wei)置(zhi)上(shang)下(xia)很(hen)小(xiao)的(de)一(yi)個(ge)範(fan)圍(wei)內(nei)輕(qing)微(wei)的(de)擺(bai)動(dong)。本(ben)套(tao)係(xi)統(tong)區(qu)別(bie)於(yu)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)，能(neng)夠(gou)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)線(xian)徑(jing)的(de)變(bian)化(hua)造(zao)成(cheng)的(de)伸(shen)長(chang)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)。同(tong)步(bu)比(bi)例(li)係(xi)數(shu)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)，非(fei)常(chang)靈(ling)活(huo)。
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
|
