一、概述 拉絲機是機械行業(yè)主要的加工設備之一，主要是將銅（鋼）線加工成各種規(guī)格細線，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和收線電機及排線電機實現(xiàn)。隨著控制技術的成熟發(fā)展，PLC與變頻器廣泛被用于拉絲機設備。 客戶拉絲機控制系統(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）產品來實現(xiàn)。該產品無論從控制算法的先進性，可實現(xiàn)性，還是從硬件平臺的簡易性，穩(wěn)定性和實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、拉絲機的主要電氣構成 一般拉絲機主要由放線電機與收線電機及排線電機構成驅動部分，隨著收線卷徑不斷擴大收線電機的轉速應相應的減小，以保證線速恒定，我們可利用轉矩變化來調節(jié)收線電機的速度。排線電機由于功率較小，直接由EV1000來控制。收線電機由TD3000控制，控制系統(tǒng)核心由EC20-PLC來實現(xiàn)。 放線電機與收線電機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節(jié)轉速，收線變頻器先讀電機實際需要轉矩（可由人工電位器調整變頻器參數(shù)F.E），再用相應轉矩（變頻器參數(shù)Ｆ3.07控制轉矩限制 ）來控制收線變頻器。隨著收筒卷徑的變化轉矩的大小信號也隨著變化，我們根據運行規(guī)律及卷徑的變化給予一定的補償，使絲線保持一定的線速度。工藝示意圖如下： [align=center] 圖1[/align] 2、生產工藝 拉絲機有大、中、小與微拉機之分。對于不同要求，不同精度規(guī)則的產品，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機械。對大部分鋼絲生產企業(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，對于整個拉絲機環(huán)節(jié)來說，其控制沒有過高精度要求，對大部分拉絲機械，放線的控制是通過變頻器驅動放線機實現(xiàn)的，可調節(jié)其頻率速度。 （2） 拉絲:拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機最為重要的環(huán)節(jié)。不同金屬物料，不同的產品精度和要求，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，金屬絲通過內部塔輪的導引，經過模具而逐步拉伸。 （3） 收線:收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個拉絲機械的生產效率，也是整個拉絲機工作的重要工序。由PLC根據放線速度等條件，經過相應算法和補償后，通過控制收線電機的轉矩來實現(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負責設定和監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，通過變頻器的各個設定端子，直接進行各個拉絲控制變頻器狀態(tài)。收線電機的運行轉矩通過主操控PLC輸出給定。PLC根據上一級電機的運行速度來決定收線電機的運行轉矩，為了保證線速基本恒定以保證金屬產品的品質，拉絲環(huán)節(jié)電機的主控速度通過PLC綜合上一級電機的運行頻率給定，單獨主給定信號控制產品生產精度有限，剛開始生產時拉絲會較緊，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）轉一趟，都會有個脈沖信號送給PLC，PLC根據此信號來檢測卷徑的變化。為達到生產要求，需要根據轉徑的變化來不斷調整控制轉矩。其余電器的邏輯控制部分可根據生產工藝來編寫PLC程序。 主控制信號控制變頻器時，必須考慮機械慣性，按一定的斜率輸出，即通過一頻率斜坡發(fā)生器產生變頻器主控制信號。發(fā)生器的斜率可針對不同機械的特性而設定。它決定了當前拉絲機的動態(tài)特性，在整個信號給定中，當輔助信號所占比例較大時，轉速將出現(xiàn)大的振蕩而較難穩(wěn)定，當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或變頻器內部對輔助轉矩補償進行限幅，通過簡單的比例關系，設定主給定信號和拉絲機本身給定信號的相應關系即可實現(xiàn)。 四、控制系統(tǒng)簡介 該拉絲機系統(tǒng)全部采用先進的PLC+變頻器控制方式。PLC部分為艾默生公司EC20系列32點PLC，其實時性強、可靠性高、體積小且堅固耐用?？稍O定控制參數(shù)，處理復雜的數(shù)據運算、存儲及查詢等功能，PLC內運行設定的邏輯控制程序。 主模塊CPU自帶2個異步串行通訊端口，其中COM0口主要用于編程調試,COM1口提供了RS232 和RS485電平，可與PC機、HMI、其它工控設備之間通訊和控制，內置通用的Modbus 協(xié)議，組成1:N網絡?？商峁㏄rofibus 總線的從站擴展模塊，組成Profibus 總線網絡。本次EC20-32與TD3000通信采用的是485口，自由口通信協(xié)議。PLC根據一定的算法發(fā)出命令給變頻器。變頻器再以轉矩方式來精確的控制拉絲機平穩(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，可根據生產工藝編寫出合適的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主程序里直接調用即可（最多可調用64個子程序）。PLC里還設置了相應的密碼（PLC可提供3級用戶密碼權限）。保護用戶程序的私密性。 五、通信及相關參數(shù)設置 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），可用中繼器擴展至127個站（包含中繼器）。TD3000 通過RS485總線接口接入PLC控制網。有關參數(shù)設置說明如下： 數(shù)據格式：1位起始位、8位數(shù)據位、1位停止位、無校驗；（F9.01數(shù)據格式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機后臺為主機，變頻器為從機。采用主機輪詢，從機應答方式。 協(xié)議類型（可根據需要選用）： 協(xié)議采用長短幀結構： 短幀——用于獨立傳送自動控制系統(tǒng)所需的控制字、主設定和狀態(tài)字、實際值；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、維護以及診斷等的內容。 對于只需要控制變頻器運行，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)據格式、波特率以及通信地址設置好。詳細自由口協(xié)議請參閱TD3000變頻器串行通信協(xié)議。其余參數(shù)按電機有關性能設置即可,加減速時間可根據實際需要調整。 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進行通訊和控制。通信設置：在工程管理器\系統(tǒng)塊\通信口\通信口1\設置自由口協(xié)議： 波特率：9600 奇偶校驗：不校驗 數(shù)據位：8 停止位：1 幀間超時：20ms 用戶可采用ControlStar 集成開發(fā)環(huán)境進行EC20 系列PLC 的用戶程序的編程、下載與上載、調試和監(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行編程。 六、注意事項 在調試過程中主要應注意起動階段與停車階段應保持放線電機與收線電機同步起動。 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)象說明收線電機啟動過快，可相 應地調整收線電機的啟動轉矩及放線、收線變頻器的加減速時間幾個相關參數(shù)。 2、停車階段 停機時放線、收線電機由當前運行頻率按減速時間減速，使得放線、收線電機準確停車，這樣便不會因為放線電機過快停車造成銅線拉斷。如果在停機過程中出現(xiàn)斷線可相應地調放線、收線變頻器減速時間。 3 、通信問題 EC20-PLC與TD3000通信時，除了相應的通信地址、數(shù)據格式要對應外，其中數(shù)據接收的禎間超時要設置（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 拉絲機采用變頻器控制可以根據絲線不同規(guī)格調節(jié)放線電機的速度，提高了產品精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面變頻器控制實現(xiàn)了電機軟啟動延長電機使用命，也減少了電氣維護量。 系統(tǒng)自投運以來，效果很好。大大減輕了工人的勞動強度，方便了維修人員檢修。實時性、穩(wěn)定性等技術指標滿足要求，得到客戶的肯定。