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    1 引言

    拉絲機(jī)廣泛應(yīng)用于鋼絲、制繩絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、標(biāo)準(zhǔn)件等金屬制品的生產(chǎn)和預(yù)加工處理。拉絲機(jī)按其結(jié)構(gòu)分為七種型式：LT型水箱式拉絲機(jī)、LW型滑輪式拉絲機(jī)、LS型雙卷筒式拉絲機(jī)、LH型活套式拉絲機(jī)、LZ型直線式拉絲機(jī)、LD型單次式拉絲機(jī)、臥式拉絲機(jī)、倒立式拉絲機(jī)。LT型水箱式拉絲機(jī)拉拔絲成品直徑范圍在0.1mm~1.2mm之間，工作特性為滑動(dòng)式拉絲，多道次拉拔；水箱式拉絲機(jī)是通過(guò)控制線上張力，使經(jīng)過(guò)拉絲模具的線材不斷由粗到細(xì)，最終得到所需的規(guī)格；水箱式拉絲機(jī)在拉絲時(shí)，將拉拔頭置于水箱中，開(kāi)啟冷卻液對(duì)模具進(jìn)行冷卻。由于水箱式拉絲機(jī)對(duì)車(chē)速精度、線上張力要求較高，這對(duì)于PLC及傳動(dòng)控制系統(tǒng)提出了較高的要求。

    1.1 工藝概述

    水箱式拉絲機(jī)是由多個(gè)拉拔頭組成的小型連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)逐級(jí)拉拔，并將拉拔頭置于水箱中，最后將鋼絲拉到所需的規(guī)格。就國(guó)內(nèi)幾個(gè)主要水箱式拉絲機(jī)生產(chǎn)商來(lái)看，一般配置了20個(gè)左右的拉拔頭。通過(guò)每一級(jí)的拉拔后，鋼絲的線徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)拉拔頭工作線速度也應(yīng)有變化。在整個(gè)拉拔過(guò)程中，根據(jù)拉模配置的不同，各個(gè)拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準(zhǔn)是每個(gè)時(shí)刻通過(guò)拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即要使下式成立：　

    　πD ² • v1＝πd ² • v2　　

    式中D——進(jìn)線鋼絲的直徑；　　

     v1——進(jìn)線鋼絲的線速度；　　
 
    d——出線鋼絲的直徑；　　

    v2——出線鋼絲的線速度。

    1.2 控制策略

    水箱式拉絲機(jī)的各個(gè)拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個(gè)拉拔頭同步運(yùn)行。由于水箱式拉絲機(jī)的拉絲過(guò)程完全通過(guò)機(jī)械軸拉拔完成，并且這些機(jī)械軸是在同一主軸下傳動(dòng)的，因此整個(gè)拉伸系統(tǒng)各級(jí)之間依靠拉伸輪的轉(zhuǎn)速差別和線上張力來(lái)控制同步協(xié)調(diào)工作，如圖1所示。
  
               
                                   圖1 控制策略

    2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

    2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
     
          
                                   圖2 系統(tǒng)的硬件結(jié)

    電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示，系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、人機(jī)界面（HMI）組成。PLC選用ABB AC500 eCo，變頻器選用ABB ACS550、ACS510及ACS150變頻器，人機(jī)界面選用ABB CP400系列。該系統(tǒng)采用MODBUS總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成控制，保證恒定張力，實(shí)現(xiàn)排線自動(dòng)補(bǔ)償，保證鋼絲在整個(gè)拉拔過(guò)程中的連續(xù)穩(wěn)定性，保證鋼絲產(chǎn)品質(zhì)量，人機(jī)界面操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

    水箱拉絲機(jī)主控制回路采用可靠性、穩(wěn)定性高的ABB eCoPLC及人機(jī)界面編程控制， 拉絲長(zhǎng)度通過(guò)計(jì)米傳感器檢測(cè)反饋給主控制器。整機(jī)具有正常和快速停車(chē)，預(yù)置速度和定長(zhǎng)，數(shù)字加減速，故障報(bào)警及張力自動(dòng)跟蹤等功能。可隨時(shí)起動(dòng)和停車(chē)，無(wú)斷絲亂絲現(xiàn)象，具有結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、功能齊全、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。變頻調(diào)速控制：拉絲機(jī)的傳動(dòng)部分控制，主要是要保證收線電機(jī)能精確地隨著主電機(jī)的速度變化及收線工字輪卷徑增加，自動(dòng)及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整速度，使整機(jī)系統(tǒng)保證恒定張力，從而保證鋼絲在整個(gè)拉拔過(guò)程中的連續(xù)穩(wěn)定性，達(dá)到保證鋼絲產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在運(yùn)行過(guò)程中，這兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度控制精度要高，動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程要快，抗干擾能力要強(qiáng)，保證張力穩(wěn)定。另外由于拉拔出來(lái)的鋼絲要均勻纏繞在收線工字輪上，整套系統(tǒng)配備了排線機(jī)構(gòu)，采用ABB eCo PLC和變頻器控制減速電機(jī)的方式，根據(jù)實(shí)際使用情況，在工作過(guò)程中實(shí)時(shí)改變排線速度，可以保證鋼絲均勻地纏繞在收線工字輪上。

    變頻器的速度控制精度要高， 所以變頻調(diào)速控制選用ABB公司的ACS550、ACS510、ACS150系列型變頻器，該系列變頻器閉環(huán)速度控制方式運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速精度為：1500r/min以下，小于±1. 5r/min，完全可以達(dá)到系統(tǒng)要求。

    收線變頻器的給定是采用ABB eCoPLC 兩路高速計(jì)數(shù)通道反饋雙計(jì)米信號(hào)，通過(guò)變頻器自身的積分分離PID調(diào)節(jié)功能， 通過(guò)對(duì)三個(gè)變頻器的總線控制， 自動(dòng)跟蹤主機(jī)的速度。為避免在加工過(guò)程中的一些意外情況發(fā)生時(shí)造成對(duì)機(jī)器和人身安全的影響，整機(jī)配備了多種自動(dòng)保護(hù)措施：如采用ABB eCo PLC自動(dòng)采集ABB變頻器內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)運(yùn)算，能使機(jī)器在保證產(chǎn)品質(zhì)量不受影響的前提下，迅速停機(jī)，從而最大限度地保證人身安全，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在排線控制方面，為了避免經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的排線邊緣不齊，壓絲及腰鼓形等特定問(wèn)題，本系統(tǒng)采取了排線自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，根據(jù)排線層面的不平整度，在實(shí)際工作過(guò)程中自動(dòng)計(jì)算卷徑并實(shí)時(shí)進(jìn)行修正， 保證鋼絲在任意時(shí)刻及速度下均能均勻卷繞，可靠地解決了下道工序合股的麻煩，大大提高了生產(chǎn)效率。

    2.2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

    在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是PLC和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多種多樣的PLC控制變頻器的方法，其中采用RS-485通訊方式實(shí)施控制的方案得到廣泛的應(yīng)用：因?yàn)樗垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)且造價(jià)低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數(shù)據(jù)編碼、求取校驗(yàn)和、成幀、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)、超時(shí)處理和出錯(cuò)重發(fā)等一系列技術(shù)問(wèn)題，一條簡(jiǎn)單的變頻器操作指令，有時(shí)要編寫(xiě)數(shù)十條PLC梯形圖指令才能實(shí)現(xiàn)，編程工作量大而且繁瑣，令設(shè)計(jì)者望而生畏。ABB eCoPLC控制ABB變頻器的方法：無(wú)需添加任何硬件或軟件，采用ABB eCo PLC自帶功能塊，直接編寫(xiě)6條極其簡(jiǎn)單的PLC梯形圖指令，即可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器參數(shù)的讀取、寫(xiě)入、各種運(yùn)行的監(jiān)視和控制，這種方法非常簡(jiǎn)捷便利，極易掌握，故障查詢處理迅速。在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和給定命令，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的控制，主要控制原理為： 首先根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的材質(zhì)結(jié)構(gòu)及工藝要求在人機(jī)界面上設(shè)定速度值，通過(guò)PLC內(nèi)部運(yùn)算，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到主機(jī)變頻器中，整機(jī)將按照此給定速度值運(yùn)行，在實(shí)際加工過(guò)程中可根據(jù)需要隨時(shí)更改數(shù)值，來(lái)滿足加工工藝的需要。

    3 應(yīng)用說(shuō)明

    • ABB eCo PLC和ABB變頻器編程調(diào)試的通用性強(qiáng)，有相關(guān)編程經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，僅需1~2天的培訓(xùn)即可掌握。

    • ABB ACS510/550系列變頻器基于同一硬件設(shè)計(jì)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，帶有獨(dú)立風(fēng)道的散熱器，全系列內(nèi)置進(jìn)線電抗器與EMC濾波器，變頻器內(nèi)部電路板均為高防護(hù)等級(jí)的涂層板，已經(jīng)大批量應(yīng)用在金屬制品行業(yè)中，并獲得了業(yè)主和設(shè)備廠的廣泛認(rèn)可。

    • ABB eCo PLC 采用“真正”的程序保密方式，可從根源上完全保護(hù)您的知識(shí)財(cái)富。

    • 強(qiáng)大的儀表功能塊庫(kù)，可自定義功能塊和功能，

    • ABB eCo PLC 與ABB變頻器整體解決方案，提供更完善的客戶培訓(xùn)及調(diào)試指導(dǎo)，售后更貼心。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第八期