|
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。
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dePID調tiao整zheng就jiu很hen難nan使shi得de從cong拉la和he收shou線xian達da到dao平ping衡heng。積ji分fen作zuo用yong的de滯zhi後hou，同tong時shi平ping衡heng杆gan可ke調tiao節jie的de範fan圍wei又you比bi較jiao小xiao，如ru果guo不bu能neng快kuai速su響xiang應ying，會hui出chu現xian擺bai杆gan回hui到dao平ping衡heng位wei置zhi的de時shi間jian較jiao長chang，同tong時shi在zai回hui到dao平ping衡heng位wei置zhi後hou，由you於yu積ji分fen的de累lei計ji使shi得de前qian後hou速su度du已yi經jing有you較jiao大da的de差cha異yi，又you造zao成cheng超chao過guo平ping衡heng位wei置zhi，此ci時shi後hou一yi級ji又you需xu要yao經jing過guo一yi段duan時shi間jian的de積ji分fen作zuo用yong才cai能neng將jiang速su度du校xiao正zheng過guo來lai，但dan由you於yu積ji分fen作zuo用yong的de滯zhi後hou使shi得de還hai未wei將jiang平ping衡heng杆gan校xiao正zheng過guo來lai，可ke能neng絲si就jiu已yi經jing被bei拉la斷duan了le。因yin此ci需xu要yao一yi種zhong新xin的de控kong製zhi算suan法fa，要yao能neng夠gou快kuai速su響xiang應ying主zhu速su的de變bian化hua，同tong時shi不bu能neng夠gou超chao調tiao，造zao成cheng係xi統tong的de震zhen蕩dang。具ju體ti的de控kong製zhi算suan法fa在zai下xia文wen進jin行xing詳xiang細xi的de介jie紹shao及ji說shuo明ming。
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、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(de)V/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。
ruguoguanchayunxingdianliu，huifaxiandianjiyunxingdianliuhudahuxiao，zhisuoyihuichuxianzhezhongqingkuangdeyuanyinshiyouyucaiyongshiliangkongzhishi，bianpindeshuchudianliuhuijinxingbuchang，yitigaodianjideshuchuzhuanju。erdianliugaibiandetaipinfan，huizaochengshangshudexianxiang，ruhejiejue？keyizengdazhuanjubuchangditonglvboshijian，zengdagaizhikeyifeichangyouxiaodekefuzhendongdexianxiang。zheyidianshifeichangguanjiande。
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、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
|
