摘要：文章在直線式拉絲機(jī)工藝原理的基礎(chǔ)上，介紹PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，輔以觸摸屏以及變頻器，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，實(shí)際效果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)，提高了拉絲機(jī)的可靠性和自動(dòng)化程度。文章主要介紹用PLC構(gòu)成拉絲機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：拉絲機(jī)；PLC變頻器；觸摸屏

中圖分類(lèi)號(hào)：TG355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）06-0063-02

拉絲機(jī)也叫拔絲機(jī)、拉線機(jī)，是一種在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛的機(jī)械設(shè)備，主要功能是將粗線徑的金屬材料加工成各種規(guī)格的細(xì)線。直線式拉絲機(jī)的電氣傳動(dòng)部分主要由放線電機(jī)、拉線電機(jī)和收線電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。本文將分析PLC在直進(jìn)式拉絲機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過(guò)PLC和變頻器可以實(shí)現(xiàn)拉拔速度的設(shè)定、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、系統(tǒng)操作的自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程控制、實(shí)時(shí)PID閉環(huán)控制、定長(zhǎng)控制等功能。

一、控制工藝原理

拉絲機(jī)的種類(lèi)很多，一般工具產(chǎn)品的物料、規(guī)格選擇不同的拉絲機(jī)，直線式拉絲機(jī)的精度和拉拔穩(wěn)定性好，是金屬線纜制造行業(yè)的主要加工設(shè)備。直線式拉絲機(jī)的工作工程基本上可以劃分成放線、拉絲、收線等三部分工藝過(guò)程，如圖1所示。金屬線纜的放線對(duì)于整個(gè)拉絲機(jī)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，其控制沒(méi)有過(guò)高的精度要求，拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機(jī)最為重要的工作環(huán)節(jié)，不同金屬物料，不同的絲質(zhì)品種和要求，拉絲環(huán)節(jié)有很大的不同。收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個(gè)拉絲機(jī)械的生產(chǎn)效率，常用的控制技術(shù)有同步控制與張力控制實(shí)現(xiàn)金屬制品的收卷。

圖1拉絲機(jī)的基本工作工程

二、拉絲機(jī)PLC控制系統(tǒng)介紹

直線式拉絲機(jī)主要由放線電機(jī)與收線電機(jī)及拉絲電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部分，系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。放線電機(jī)的操作通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)放線電機(jī)，配合拉絲環(huán)節(jié)的絲線張力牽伸送進(jìn)拉絲機(jī)達(dá)到自由放線。拉絲環(huán)節(jié)由多臺(tái)電機(jī)同時(shí)對(duì)金屬線纜進(jìn)行拉伸，對(duì)電機(jī)的同步性要求較高，該環(huán)節(jié)有多個(gè)裝有檢測(cè)拉絲過(guò)程中張力大小的張力傳感器的轉(zhuǎn)鼓，最后通過(guò)導(dǎo)輪送至收線電機(jī)。收卷電機(jī)通過(guò)光電編碼器與張力傳感器相連，張力信號(hào)反饋至拉絲環(huán)節(jié)，進(jìn)一步控制收卷，使收卷線速恒定。

圖2拉絲機(jī)系統(tǒng)框圖

該拉絲機(jī)系統(tǒng)采用先進(jìn)的PLC控制方式。其中PLC為控制系統(tǒng)核心，變頻調(diào)速器和異步交流電機(jī)為被控對(duì)象，用6臺(tái)變頻器分別控制6臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)，將張力感應(yīng)式傳感器用于4個(gè)卷筒拉拔絲的張力檢測(cè)裝置。整機(jī)電氣線路簡(jiǎn)化，系統(tǒng)故障率低，使用壽命長(zhǎng)，變頻器在PLC控制下可對(duì)各電機(jī)進(jìn)行平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了拉絲機(jī)工作過(guò)程中的多種動(dòng)作與功能。

系統(tǒng)其余部分例如汽缸的夾緊、拉絲排線、運(yùn)行指示燈、報(bào)警、啟動(dòng)停止、手動(dòng)自動(dòng)模式切換與緊急停車(chē)等邏輯控制功能，可根據(jù)生產(chǎn)工藝編寫(xiě)出合適的PLC控制程序。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

拉絲機(jī)PLC控制系統(tǒng)圖如圖3所示；

圖3拉絲機(jī)PLC控制系統(tǒng)圖

（一）PLC部分

采用三菱公司的FX2N-48MR型PLC，該P(yáng)LC輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)，繼電器輸出型，可連接多種特殊功能擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能，可設(shè)定控制參數(shù)，處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算、實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的邏輯控制功能和PID過(guò)程控制，為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力，可靠性高、體積小且成本低，達(dá)到本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

PLC的基本單元帶相應(yīng)的異步串行通訊端口，用于拉絲機(jī)控制系統(tǒng)的編程調(diào)試，以及與其它工控設(shè)備之間通訊和控制?；締卧臄U(kuò)展接口用于與特殊功能模塊的連接，連接模擬量輸入模塊FX2N-4AD和模擬量輸出模塊FX2N-2DA。

（二）模擬量模塊

FX2N-4AD模擬量輸入模塊有四個(gè)通道，采集-10V～+10V電壓信號(hào)或者4～20mA或-20～20mA電流信號(hào)，每個(gè)通道都可進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，分辯率為12位，內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖寄存器（BMF），用于與PLC交換數(shù)據(jù)。FX2N-2DA型模擬輸出模塊用于12位的將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成兩路模擬量電壓信號(hào)或者電流信通過(guò)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，模擬量模塊用于完成系統(tǒng)的PID閉環(huán)控制。

（三）變頻器

變頻器通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。本拉絲機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用三菱FR-D700變頻器，該變頻器輸入為單相，輸出為三相，接線方便，運(yùn)行可靠，滿(mǎn)足系統(tǒng)硬件要求。變頻器的應(yīng)用，大大提高了拉絲機(jī)的自動(dòng)化水平與加工能力、有效降低了設(shè)備的能耗與維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了拉絲無(wú)級(jí)調(diào)速控制與卷取的恒張力同步控制。

（四）監(jiān)控部分

監(jiān)控部分采威綸MT5000系列觸摸屏，配以自帶的監(jiān)控組態(tài)軟件EV5000來(lái)完成。MT5000系列是威綸通公司全新一代的工業(yè)嵌入式觸摸屏人機(jī)界面，有2個(gè)九針通訊端口支持 RS232/485/422 的工控設(shè)備外，還可以用作連接PC 的編程口和設(shè)置口。EV5000監(jiān)控組態(tài)軟件小巧、高效、使用簡(jiǎn)單，畫(huà)面豐富，操作簡(jiǎn)潔方便，各種參數(shù)一目了然，可以滿(mǎn)本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。在觸摸屏上可以進(jìn)行變頻器參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)啟動(dòng)停車(chē)控制、顯示各電機(jī)的轉(zhuǎn)速和故障等信息。

（五）系統(tǒng)調(diào)試

在整個(gè)調(diào)試過(guò)程中，不僅要合理的調(diào)整反饋比例系數(shù)，同時(shí)也要注意拉絲各在正常運(yùn)行過(guò)程中出力的不同。整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中可以分啟動(dòng)、加速、減速、停車(chē)等過(guò)程。后一級(jí)跟隨前一級(jí)的速度變化，后一級(jí)拉伸電機(jī)的運(yùn)行速度給定采用復(fù)合控制，模擬量反饋信號(hào)作PID調(diào)整后的輸出作為輔助給定，啟動(dòng)要求第一道拉絲電機(jī)具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在拉最大線徑時(shí)也要能有足夠的力量。收線在加速的過(guò)程中，加速時(shí)間要比從拉更小，因?yàn)槭站€要更加快速的對(duì)主拉或從拉速度的變化進(jìn)行快速響應(yīng)。在減速和停車(chē)的過(guò)程中，也要合理的對(duì)拉絲環(huán)節(jié)的主拉、從拉以及收線電機(jī)的減速時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，以保證在停車(chē)時(shí)能夠停在平衡位置附近。

四、結(jié)語(yǔ)

采用三菱FX2N-48MR可編程控制器、威綸觸摸屏以及三菱FR-D700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，實(shí)際效果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)，提高了拉絲機(jī)的自動(dòng)化程度。采用變頻器控制可以根據(jù)線纜的不同規(guī)格調(diào)節(jié)放線電機(jī)的速度，提高了產(chǎn)品精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的變頻控制實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了電機(jī)使用命也減少了電氣維護(hù)量。同時(shí)，控制系統(tǒng)采用PLC控制，提供了非常高的運(yùn)算速度和控制精度，保證了拉絲的質(zhì)量。在人機(jī)界面的應(yīng)用中，借助觸摸屏控制技術(shù)和組態(tài)技術(shù)，使現(xiàn)場(chǎng)操作更直觀簡(jiǎn)便，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，方便了維修人員檢修。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)“集中管理，分散控制，管控一體化”的設(shè)計(jì)理念。

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作者簡(jiǎn)介：詹昌義（1981-），男，安徽潛山人，供職于安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：電氣控制技術(shù)與PLC控制技術(shù)。

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