引言

拉絲機(jī)是金屬加工行業(yè)主要加工設(shè)備之一，主要是將粗線加工成各種規(guī)格細(xì)線，一般由放線、水冷、收線等部分組成，其中電氣傳動(dòng)部份主要由拉線電機(jī)和收線電機(jī)實(shí)現(xiàn)。通過PLC來實(shí)現(xiàn)拉拔速度設(shè)定、操作自動(dòng)化、生產(chǎn)過程控制、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、自動(dòng)計(jì)米等功能。通過變頻器來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

1 直進(jìn)式拉絲機(jī)變頻控制系統(tǒng)

該直進(jìn)式拉絲機(jī)主要對(duì)精軋出來的不銹鋼絲進(jìn)行牽伸，設(shè)計(jì)的工藝要求為：（1）最高拉絲速度18m/s；（2）加工品種主要是進(jìn)線Ф6mm→出線Ф2mm（3）停車不能有斷頭（緊急停車除外）。

直進(jìn)式拉絲機(jī)是拉絲機(jī)中最難控制的一種，由于它是多臺(tái)電機(jī)同時(shí)對(duì)金屬絲進(jìn)行拉伸，作業(yè)的效率很高。不像以前經(jīng)常遇到的水箱拉絲機(jī)和活套式拉絲機(jī)，允許金屬絲在各道模具之間打滑。由于比較容易在作業(yè)過程中拉斷，它對(duì)電機(jī)的同步性以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性都有較高的要求。本系統(tǒng)共有六個(gè)的轉(zhuǎn)鼓，每個(gè)轉(zhuǎn)鼓由一臺(tái)變頻器控制并帶有機(jī)械制動(dòng)裝置，和一個(gè)收線電機(jī)。每個(gè)轉(zhuǎn)鼓之間安裝有用于檢測(cè)位置的氣缸擺臂，采用位移傳感器可以檢測(cè)出擺臂的位置，當(dāng)絲拉得緊的時(shí)候，絲會(huì)在擺臂的氣缸上面產(chǎn)生壓力使得擺臂內(nèi)移。

2 控制工藝原理

該直線式拉絲機(jī)控制系統(tǒng)主要分為：點(diǎn)動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、加速啟動(dòng)、自動(dòng)工作和剎車五部分組成。

1） 點(diǎn)動(dòng)：點(diǎn)動(dòng)分為前轉(zhuǎn)和后轉(zhuǎn)。當(dāng)踩下點(diǎn)動(dòng)腳踏開關(guān)時(shí)，所選控電機(jī)以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，使每個(gè)轉(zhuǎn)鼓上的線繞緊。

2） 聯(lián)動(dòng)：聯(lián)動(dòng)分為前聯(lián)和后聯(lián)。第一臺(tái)轉(zhuǎn)鼓沒有前聯(lián)，第六臺(tái)轉(zhuǎn)鼓沒有后聯(lián)，中間四臺(tái)轉(zhuǎn)鼓前聯(lián)和后聯(lián)都有。當(dāng)踩下前聯(lián)開關(guān)時(shí)，所選控電機(jī)及之前的電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)繞絲；當(dāng)踩下后聯(lián)開關(guān)時(shí)，所選控電機(jī)及之后的電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)繞絲。當(dāng)聯(lián)動(dòng)時(shí)，電機(jī)以某一固定速度旋轉(zhuǎn)。

3） 加速啟動(dòng)：加速啟動(dòng)與聯(lián)動(dòng)類似，但沒有前后之分，當(dāng)按下加速按鈕時(shí)，所選擇電機(jī)及之前的電機(jī)加速啟動(dòng)到設(shè)定的速度。

4） 自動(dòng)啟動(dòng)：當(dāng)把線全部繞到轉(zhuǎn)鼓上時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，所有電機(jī)一起加速啟動(dòng)，通過PLC里面的PID來調(diào)節(jié)各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證在高速運(yùn)行的狀態(tài)下不會(huì)拉斷絲，直到速度達(dá)到設(shè)定值，收線機(jī)也一起運(yùn)行。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，所有電機(jī)減速停止。

5） 剎車及急停：當(dāng)停車狀態(tài)下，為了防止斷線，所有轉(zhuǎn)鼓不允許轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)在運(yùn)行狀態(tài)下，如果發(fā)生斷線，所有的轉(zhuǎn)鼓要立即停止，防止發(fā)生意外。

3 控制系統(tǒng)介紹

控制系統(tǒng)上位機(jī)采用和利時(shí)HT6600C系列觸摸屏，下位機(jī)CPU選用和利時(shí)LM3109 PLC控制器，上、下位機(jī)之間通過RS485進(jìn)行通訊。通過邏輯編程處理來自觸摸屏以及按鈕、傳感器等信號(hào)，控制6臺(tái)變頻器。圖3為控制系統(tǒng)配置圖。

3.1可編程控制器部分

本系統(tǒng)采用HOLLiAS LM系列PLC控制，配置1個(gè)CPU模塊LM3109、1個(gè)16通道數(shù)字量輸入模塊LM3212、1個(gè)8通道數(shù)字量輸出模塊LM3222、1個(gè)8通道模擬量輸入模塊LM3313和3個(gè)2通道模擬量輸出模塊LM3320。

1）CPU模塊：LM3109模塊的額定工作電壓為AC220V，自帶40點(diǎn)I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出。具有1個(gè)RS232和1個(gè)RS485通訊接口，支持專有協(xié)議（僅RS232）/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。

2）數(shù)字量擴(kuò)展模塊：LM3212模塊是16路數(shù)字量輸入處理通道，主要完成數(shù)字量信號(hào)處理，數(shù)字量輸入信號(hào)的額定工作電壓為24VDC。LM3222模塊是8路數(shù)字量輸出處理通道，主要完成觸點(diǎn)型數(shù)字量的輸出處理工作，輸出額定負(fù)載的電壓為24VDC或220VAC。

3）模擬量擴(kuò)展模塊：LM3313模塊提供8通道模擬量輸入通道，輸入范圍-10-10V電壓信號(hào)和-10-20mA電流信號(hào)可選，主要完成現(xiàn)場(chǎng)模擬量的輸入、采集與處理工作。LM3320模塊有2路模擬量輸出處理通道，輸出范圍0～10V電壓信號(hào)或0～20mA電流信號(hào)，完成模擬量信號(hào)的輸出工作。

表1為系統(tǒng)I/O分配表。

3.2 監(jiān)控部分

上位監(jiān)控部份采用和利時(shí)HT6600系列觸摸屏，配以監(jiān)控軟件來完成。觸摸屏上可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、電機(jī)啟?？刂坪惋@示轉(zhuǎn)速和故障等信息。圖4-圖7為觸摸屏部分監(jiān)控畫面。

結(jié)論

采用和利時(shí)可編程控制器、和利時(shí)的觸摸屏以及變頻器，為直線拉絲機(jī)設(shè)備提供了機(jī)電一體化的系統(tǒng)解決方案，可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)控制，提高了拉絲機(jī)的自動(dòng)化程度。同時(shí)，控制系統(tǒng)提供非常高的運(yùn)算速度和控制精度，保證了拉絲的質(zhì)量，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比，在保證質(zhì)量的同時(shí)，最大化的降低生產(chǎn)成本。