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案例頻道1、全數字化的速度和位置控制功能，并提供位置、速度和扭矩的控制功能；
2、靈活多變的跟蹤控制方式，提供高靈敏度的跟蹤效果；
3、可編程控制的數字輸入輸出；
4、可監控電機短路、電壓、溫度、編碼器、位置跟蹤和電流過(guò)高等故障；
5、可通過(guò)RS232、RS485、Profibus、CAN通訊口進(jìn)行參數設定；
因此我們的伺服驅動(dòng)器完全有能力勝任這份工作，下面大致介紹下這套系統：
一、系統框圖
二、 工藝流程
1、未拉的絲通過(guò)一個(gè)阻力裝置（主要是一個(gè)夾板之類(lèi)的東西，它用來(lái)提供一定的張力，同時(shí)也起到了防止線(xiàn)跳的作用），然后進(jìn)入細拉槽；
2、進(jìn)入細拉槽的絲在細拉塔輪和微拉塔輪的多次拉制后，成為所需要的絲（兩個(gè)塔輪間的隔板安放了一個(gè)磨具，這個(gè)磨具的形狀是“〕”，即一邊孔大一邊孔細）；
3、拉細后的絲經(jīng)過(guò)滑差輪，這個(gè)輪的作用主要是保持恒定張力；
4、然后絲在經(jīng)過(guò)測速論，這個(gè)輪的作用就是測出當前絲的線(xiàn)速度；
5、經(jīng)過(guò)測速輪的絲再經(jīng)過(guò)一個(gè)中間環(huán)節，然后通過(guò)擺絲桿，最后把絲繞到卷軸上；
三、系統控制方案
整個(gè)系統要求的控制方案主要有以下4個(gè)：
1、 放絲伺服的恒線(xiàn)速度控制；
2、 調節伺服的跟隨控制；
3、 卷繞伺服的恒線(xiàn)速度(恒張力)控制，即要求卷繞伺服在半徑不斷增大的情況下保持與調節伺服的線(xiàn)速度相等；
4、 擺絲伺服的位置控制；
因為該系統要求具有總線(xiàn)通訊能力，因此我們在這里選擇了我們公司的K4系列帶CAN總線(xiàn)的PLC,該PLC采用了標準的CANopen協(xié)議，能夠傳送和接收PDO、SDO，而我們的伺服驅動(dòng)器也自帶了CAN接口，也采用了標準的CANopen協(xié)議。這樣該方案就就滿(mǎn)足了系統對實(shí)時(shí)通訊數據的要求（CAN總線(xiàn)的通訊速率最高可達1M/S）.我們的驅動(dòng)器也集成了PROFIBUS接口，但是擁有PROFIBUS的PLC不多，而且價(jià)格也比較昂貴，采用CAN總線(xiàn)即滿(mǎn)足了控制要求，又為客戶(hù)節約了成本。
四、控制方案介紹
1、放絲伺服的恒線(xiàn)速度控制
該伺服電機的控制采用帶加減速的控制模式（3模式）來(lái)完成。對于該系統來(lái)說(shuō)，要求主軸放絲電機能夠最大程度上抗干擾，能夠盡量在一個(gè)穩定的速度下運行，同時(shí)還要具備平滑的加減速功能。因為系統在啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，要以一個(gè)比較低的速度來(lái)運行（60R/MIN）,然后操作人員在HMI上通過(guò)總線(xiàn)把電機手動(dòng)加速到合適速度（500R/MIN）才開(kāi)始拉絲，同時(shí)在停機的時(shí)候也要求電機能夠平滑的把速度降下來(lái)。驅動(dòng)器工作在3模式下?lián)碛蟹浅７€定、精確的速度控制能力，完全能夠滿(mǎn)足上述要求。
小結：PLC通過(guò)CAN總線(xiàn)傳送速度、加速度命令到拉絲伺服， 從而實(shí)現拉絲電機平穩運行；
2、調節伺服的跟隨控制
該伺服電機的控制采用跟隨控制模式（-4模式）來(lái)完成。 對于該電機來(lái)說(shuō)，這個(gè)電機要完全跟隨放絲電機來(lái)運行，如果跟隨時(shí)速度出現了大的偏差，那么絲就會(huì )被拉斷，這樣的結果是不允許的！同時(shí)該電機的線(xiàn)速度還要求在放絲電機線(xiàn)速度的上下波動(dòng)，速度波動(dòng)的范圍要在±5%之間可調，這樣做的目的是調節絲的張力大小，從而調節絲繞到卷繞輪的張力大小。而驅動(dòng)器工作在-4模式下時(shí)，擁有非常精確、靈敏的速度跟隨性，也就是該電機完全隨著(zhù)放絲電機的運行，一起相互加減速、勻速運行。電機的運行速度隨著(zhù)從X7輸入脈沖的頻率變化而變化，另外輸入脈沖的頻率經(jīng)過(guò)齒輪比后才得到了真正的電機實(shí)際要運行的頻率，通過(guò)更改齒輪比來(lái)實(shí)現線(xiàn)速度在±5%之間波動(dòng)。
調節伺服驅動(dòng)器直徑接收拉絲伺服電機高速脈沖的信號，按一定的電子齒輪比跟隨運行，很好的保證了出絲的線(xiàn)速度，同時(shí)與卷繞伺服做到了很好的協(xié)調，保證系統張力控制的穩定性。
小結：調節伺服驅動(dòng)器直徑接收拉絲伺服電機高速脈沖的信號，按一定的電子齒輪比跟隨運行，很好的保證了出絲的線(xiàn)速度，同時(shí)與卷繞伺服做到了很好的協(xié)調，保證系統張力控制的穩定性。
3、卷繞伺服的恒線(xiàn)速度(恒張力)控制
該電機的控制是整個(gè)系統的重中之重，要想繞出來(lái)的線(xiàn)平滑、不塌邊，那么就要求卷繞電機的線(xiàn)速度與調節電機的線(xiàn)速度相等。而要實(shí)現恒線(xiàn)速度控制，必須通過(guò)一個(gè)反饋回路來(lái)檢測實(shí)際的繞線(xiàn)輪的線(xiàn)速度，以前的系統是通過(guò)張力桿來(lái)完成的，張力桿反饋回去的是個(gè)張力信號，而且張力桿還有個(gè)中間過(guò)度環(huán)節，如果卷繞電機的線(xiàn)速度與調節電機的線(xiàn)速度相差比較大時(shí)，通過(guò)機械結構先行補償，然后再加上電氣補償，這就相當于兩個(gè)補償環(huán)節，減小了斷線(xiàn)的機率。這樣的系統在目前很多拉絲機中使用。而當前這臺拉絲機是專(zhuān)門(mén)用來(lái)拉金絲的，金絲要求很高的潔凈度，需要盡量減少中間過(guò)度環(huán)節，所以客戶(hù)取消了張力桿，而直接采用了測速輪來(lái)作為反饋回路。這樣就增加了控制難道。
而測速輪是通過(guò)光電開(kāi)關(guān)來(lái)采集每轉一周的時(shí)間，這樣來(lái)算出測速輪的線(xiàn)速度，然后再把這個(gè)線(xiàn)速度與調節輪的線(xiàn)速度進(jìn)行比較，得到一個(gè)誤差，在這個(gè)誤差的基礎上再通過(guò)PID計算，再把最后的得到的結果補償到當前卷繞輪速度上去。
卷繞電機也不是完全跟隨著(zhù)調節輪旋轉，因為隨著(zhù)絲的繞制，卷繞電機的半徑會(huì )不段增大，而這個(gè)時(shí)候調節輪的線(xiàn)速度是個(gè)比較恒定的值（因為放絲電機以恒速度拉絲），那么就要求卷繞電機的轉速變小，這樣才能保證與調節輪的線(xiàn)速度相近。在這里又出現一個(gè)問(wèn)題，即怎么樣計算當前卷繞輪應該轉的大致轉速呢？如果不計算這個(gè)大致轉速，直接通過(guò)采集回來(lái)的誤差進(jìn)行PID計算能不能滿(mǎn)足要求呢？答案是如果不計算大致轉速，直接通過(guò)PID計算來(lái)補償線(xiàn)速度的誤差是不可以的，這樣卷繞輪就會(huì )一直跟隨著(zhù)調節輪運行，當半徑變大時(shí)，采集到誤差值就非常大。如果先通過(guò)層數來(lái)大致計算下繞線(xiàn)輪的半徑，然后再得到大致的卷繞電機的轉速，最后再加上PID誤差計算結果，這樣得到的線(xiàn)速度才是比較精確，也就是線(xiàn)速度差才最小。而層數的來(lái)源是通過(guò)CAN總線(xiàn)從擺線(xiàn)伺服得到的。
小結：PLC具有高速脈沖計數能力，能夠采集通過(guò)電眼傳過(guò)來(lái)的高速脈沖信號，從而計算出金絲線(xiàn)速度，然后通過(guò)PDO傳送給收卷伺服驅動(dòng)器，該伺服驅動(dòng)器根據此轉速自動(dòng)調節自身轉速，從而達到控制線(xiàn)張力的目的；
4、擺絲伺服的位置控制；
擺絲伺服的控制主要是保證繞制出來(lái)的線(xiàn)均勻的排列在線(xiàn)軸上，下圖是要求的排絲效果圖：
這個(gè)驅動(dòng)器控制的難點(diǎn)就在于換向部分，為了在換向處平滑過(guò)度，而不出現螺紋，電機在換向的時(shí)候要滿(mǎn)足在最后一圈時(shí)，要進(jìn)行每層最后半圈的絕對定位，而這個(gè)圈數是可以算出來(lái)的，計算過(guò)程如下：
設最下層繞線(xiàn)的長(cháng)度為S0(這個(gè)長(cháng)度在按復位鍵后，電機自動(dòng)回到原點(diǎn)，然后再從這個(gè)原點(diǎn)開(kāi)始，以HMI上輸入有的長(cháng)度作為第一層排線(xiàn)寬度S0來(lái)開(kāi)始排線(xiàn)，那么繞線(xiàn)的圈數就等于R1=S0/（D+W），這里的W是指兩線(xiàn)邊緣距離。
當繞第2層時(shí)，繞線(xiàn)的長(cháng)度為S1，S1=S0-2*1/3*D*L；L=1 1/3*D為絲上一層與下一層的邊緣距離
當繞第3層時(shí)，繞線(xiàn)的長(cháng)度為S1，S1=S0-2*1/3*D*L；L=2
.
.
.
當繞第N層時(shí)，繞線(xiàn)的長(cháng)度為S1，S1=S0-2*1/3*D*L；L=N-1
那么就可以算出第N層應該繞的圈數= [S0-2*1/3*D*（N-1）]/（D+W）；
圈數= [S0-2*△L *（N-1）]/（D+W）
如果以XY軸的交點(diǎn)為原點(diǎn)，那么在剛開(kāi)始運行的時(shí)候以跟隨來(lái)運行，電子齒輪比=（D+W）/P；當到最后一圈時(shí)，要進(jìn)行絕對定位，而這個(gè)其始位置可以通過(guò)如下的方法得出：
不管轉速有多快，那么轉一圈排線(xiàn)電機應該走的距離是D+W；所以半圈就是（D+W）/2，那么這個(gè)其始位置就是：
S左：Xn1+（D+W）/2
S右：Xn2-（D+W）/2
也就是可以通過(guò)一個(gè)比較當前的位置與要求的位置的差是否小于（D+W）/2來(lái)實(shí)現模式的切換；在絕對定位完成后，要立即跟隨上主軸的速度才可以。該伺服就采用了在跟隨和絕對定位兩種模式，伺服在這兩種模式間交替工作即可繞制出符合規定的線(xiàn)型。
小結：排繞伺服驅動(dòng)器通過(guò)自身內部算法自動(dòng)計算當前每層應該繞的圈數，然后把當前圈數自動(dòng)通過(guò)PDO傳送給卷繞伺服驅動(dòng)器，卷繞伺服驅動(dòng)器根據這個(gè)參數通過(guò)內部算法自動(dòng)得到電機應該運行的轉速，從而到達精確控制張力的目的；
五、結語(yǔ)
1、 該系統為用戶(hù)帶來(lái)了效率（拉絲速度）、質(zhì)量（拉絲直徑）的提高，同時(shí)也降低了系統綜合成本；
2、 伺服內部算法自動(dòng)計算自身轉速，系統響應及時(shí)，張力控制得當，即使拉3絲的金絲也不會(huì )出現踏邊的現象；
3、 系統采用CAN總線(xiàn)通訊，增強了系統的抗干擾能力；
4、 該系統已經(jīng)安全運行一年的時(shí)間，未出現任何故障，拉制出來(lái)的成品絲已經(jīng)達到了3絲，在拉制3絲時(shí)的轉速達到了400R/MIN，比普通使用張力桿做反饋回路的機械提高了7個(gè)絲，速度快了近70R/MIN，且拉制出的絲表面平整光滑，完全符合客戶(hù)要求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號