1 引言

    拉絲機廣泛應用于鋼絲、制繩絲、預應力鋼絲、標準件等金屬制品的生產(chǎn)和預加工處理。拉絲機按其結構分為七種型式：LT型水箱式拉絲機、LW型滑輪式拉絲機、LS型雙卷筒式拉絲機、LH型活套式拉絲機、LZ型直線(xiàn)式拉絲機、LD型單次式拉絲機、臥式拉絲機、倒立式拉絲機。LT型水箱式拉絲機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；水箱式拉絲機是通過(guò)控制線(xiàn)上張力，使經(jīng)過(guò)拉絲模具的線(xiàn)材不斷由粗到細，最終得到所需的規格；水箱式拉絲機在拉絲時(shí)，將拉拔頭置于水箱中，開(kāi)啟冷卻液對模具進(jìn)行冷卻。由于水箱式拉絲機對車(chē)速精度、線(xiàn)上張力要求較高，這對于PLC及傳動(dòng)控制系統提出了較高的要求。

    1.1 工藝概述

    水箱式拉絲機是由多個(gè)拉拔頭組成的小型連續生產(chǎn)設備，通過(guò)逐級拉拔，并將拉拔頭置于水箱中，最后將鋼絲拉到所需的規格。就國內幾個(gè)主要水箱式拉絲機生產(chǎn)商來(lái)看，一般配置了20個(gè)左右的拉拔頭。通過(guò)每一級的拉拔后，鋼絲的線(xiàn)徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)拉拔頭工作線(xiàn)速度也應有變化。在整個(gè)拉拔過(guò)程中，根據拉模配置的不同，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(xiàn)鋼絲的直徑；　　

     v1——進(jìn)線(xiàn)鋼絲的線(xiàn)速度；　　
 
    d——出線(xiàn)鋼絲的直徑；　　

    v2——出線(xiàn)鋼絲的線(xiàn)速度。

    1.2 控制策略

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

    2 系統的實(shí)現

    2.1 系統的硬件結構
     
          
                                   圖2 系統的硬件結

    電氣傳動(dòng)控制系統的構成如圖2所示，系統主要由PLC、變頻器、人機界面（HMI）組成。PLC選用ABB AC500 eCo，變頻器選用ABB ACS550、ACS510及ACS150變頻器，人機界面選用ABB CP400系列。該系統采用MODBUS總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現集成控制，保證恒定張力，實(shí)現排線(xiàn)自動(dòng)補償，保證鋼絲在整個(gè)拉拔過(guò)程中的連續穩定性，保證鋼絲產(chǎn)品質(zhì)量，人機界面操作簡(jiǎn)便，實(shí)現自動(dòng)監測和報警。

    水箱拉絲機主控制回路采用可靠性、穩定性高的ABB eCoPLC及人機界面編程控制， 拉絲長(cháng)度通過(guò)計米傳感器檢測反饋給主控制器。整機具有正常和快速停車(chē)，預置速度和定長(cháng)，數字加減速，故障報警及張力自動(dòng)跟蹤等功能?？呻S時(shí)起動(dòng)和停車(chē)，無(wú)斷絲亂絲現象，具有結構合理、性能穩定、功能齊全、操作簡(jiǎn)單、維護方便等特點(diǎn)。變頻調速控制：拉絲機的傳動(dòng)部分控制，主要是要保證收線(xiàn)電機能精確地隨著(zhù)主電機的速度變化及收線(xiàn)工字輪卷徑增加，自動(dòng)及時(shí)準確地調整速度，使整機系統保證恒定張力，從而保證鋼絲在整個(gè)拉拔過(guò)程中的連續穩定性，達到保證鋼絲產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在運行過(guò)程中，這兩個(gè)電機的運轉速度控制精度要高，動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程要快，抗干擾能力要強，保證張力穩定。另外由于拉拔出來(lái)的鋼絲要均勻纏繞在收線(xiàn)工字輪上，整套系統配備了排線(xiàn)機構，采用ABB eCo PLC和變頻器控制減速電機的方式，根據實(shí)際使用情況，在工作過(guò)程中實(shí)時(shí)改變排線(xiàn)速度，可以保證鋼絲均勻地纏繞在收線(xiàn)工字輪上。

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

    收線(xiàn)變頻器的給定是采用ABB eCoPLC 兩路高速計數通道反饋雙計米信號，通過(guò)變頻器自身的積分分離PID調節功能， 通過(guò)對三個(gè)變頻器的總線(xiàn)控制， 自動(dòng)跟蹤主機的速度。為避免在加工過(guò)程中的一些意外情況發(fā)生時(shí)造成對機器和人身安全的影響，整機配備了多種自動(dòng)保護措施：如采用ABB eCo PLC自動(dòng)采集ABB變頻器內部相關(guān)數據并實(shí)時(shí)運算，能使機器在保證產(chǎn)品質(zhì)量不受影響的前提下，迅速停機，從而最大限度地保證人身安全，避免造成不必要的經(jīng)濟損失。在排線(xiàn)控制方面，為了避免經(jīng)常會(huì )出現的排線(xiàn)邊緣不齊，壓絲及腰鼓形等特定問(wèn)題，本系統采取了排線(xiàn)自動(dòng)補償系統，根據排線(xiàn)層面的不平整度，在實(shí)際工作過(guò)程中自動(dòng)計算卷徑并實(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 系統的軟件結構

    在工業(yè)自動(dòng)化控制系統中，最為常見(jiàn)的是PLC和變頻器的組合應用，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用：因為它抗干擾能力強、傳輸速率高、傳輸距離遠且造價(jià)低廉。但是，RS-485的通訊必須解決數據編碼、求取校驗和、成幀、發(fā)送數據、接收數據的奇偶校驗、超時(shí)處理和出錯重發(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)數十條PLC梯形圖指令才能實(shí)現，編程工作量大而且繁瑣，令設計者望而生畏。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)現多臺變頻器參數的讀取、寫(xiě)入、各種運行的監視和控制，這種方法非常簡(jiǎn)捷便利，極易掌握，故障查詢(xún)處理迅速。在實(shí)際應用中可以實(shí)時(shí)采集數據和給定命令，對系統進(jìn)行精確的控制，主要控制原理為： 首先根據生產(chǎn)產(chǎn)品的材質(zhì)結構及工藝要求在人機界面上設定速度值，通過(guò)PLC內部運算，將數據寫(xiě)入到主機變頻器中，整機將按照此給定速度值運行，在實(shí)際加工過(guò)程中可根據需要隨時(shí)更改數值，來(lái)滿(mǎn)足加工工藝的需要。

    3 應用說(shuō)明

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

    • ABB ACS510/550系列變頻器基于同一硬件設計平臺開(kāi)發(fā)，帶有獨立風(fēng)道的散熱器，全系列內置進(jìn)線(xiàn)電抗器與EMC濾波器，變頻器內部電路板均為高防護等級的涂層板，已經(jīng)大批量應用在金屬制品行業(yè)中，并獲得了業(yè)主和設備廠(chǎng)的廣泛認可。

    • ABB eCo PLC 采用“真正”的程序保密方式，可從根源上完全保護您的知識財富。

    • 強大的儀表功能塊庫，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(hù)培訓及調試指導，售后更貼心。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第八期