1 引言
拉絲機是金屬加工行業(yè)主要加工設(shè)備之一，主要是將粗線加工成各種規(guī)格細線，一般由放線、水冷、收線等部分組成，其中電氣傳動部份主要由拉線電機和收線電機實現(xiàn)。通過PLC來實現(xiàn)拉拔速度設(shè)定、操作自動化、生產(chǎn)過程控制、實時閉環(huán)控制、自動計米等功能。通過變頻器來控制電機的轉(zhuǎn)速。
2 直進式拉絲機變頻控制系統(tǒng)
該直進式拉絲機主要對精軋出來的不銹鋼絲進行牽伸，設(shè)計的工藝要求為：（1）最高拉絲速度18m/s；（2）加工品種主要是進線Ф6mm→出線Ф2mm（3）停車不能有斷頭（緊急停車除外）。
直進式拉絲機是拉絲機中最難控制的一種，由于它是多臺電機同時對金屬絲進行拉伸，作業(yè)的效率很高。不像以前經(jīng)常遇到的水箱拉絲機和活套式拉絲機，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，它對電機的同步性以及動態(tài)響應(yīng)的快速性都有較高的要求。本系統(tǒng)共有六個的轉(zhuǎn)鼓，每個轉(zhuǎn)鼓由一臺變頻器控制并帶有機械制動裝置，和一個收線電機。每個轉(zhuǎn)鼓之間安裝有用于檢測位置的氣缸擺臂，采用位移傳感器可以檢測出擺臂的位置，當絲拉得緊的時候，絲會在擺臂的氣缸上面產(chǎn)生壓力使得擺臂內(nèi)移。
3 控制工藝原理
該直線式拉絲機控制系統(tǒng)主要分為：點動、聯(lián)動、加速啟動、自動工作和剎車五部分組成。
1） 點動：點動分為前轉(zhuǎn)和后轉(zhuǎn)。當踩下點動腳踏開關(guān)時，所選控電機以固定的轉(zhuǎn)速運行，使每個轉(zhuǎn)鼓上的線繞緊。
2） 聯(lián)動：聯(lián)動分為前聯(lián)和后聯(lián)。第一臺轉(zhuǎn)鼓沒有前聯(lián)，第六臺轉(zhuǎn)鼓沒有后聯(lián)，中間四臺轉(zhuǎn)鼓前聯(lián)和后聯(lián)都有。當踩下前聯(lián)開關(guān)時，所選控電機及之前的電機一起轉(zhuǎn)動繞絲；當踩下后聯(lián)開關(guān)時，所選控電機及之后的電機一起轉(zhuǎn)動繞絲。當聯(lián)動時，電機以某一固定速度旋轉(zhuǎn)。
3） 加速啟動：加速啟動與聯(lián)動類似，但沒有前后之分，當按下加速按鈕時，所選擇電機及之前的電機加速啟動到設(shè)定的速度。
4） 自動啟動：當把線全部繞到轉(zhuǎn)鼓上時，按下啟動按鈕，所有電機一起加速啟動，通過PLC里面的PID來調(diào)節(jié)各個電機的轉(zhuǎn)速，保證在高速運行的狀態(tài)下不會拉斷絲，直到速度達到設(shè)定值，收線機也一起運行。當按下停止按鈕時，所有電機減速停止。
5） 剎車及急停：當停車狀態(tài)下，為了防止斷線，所有轉(zhuǎn)鼓不允許轉(zhuǎn)動。當在運行狀態(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。
4 控制系統(tǒng)介紹
控制系統(tǒng)上位機采用和利時HT6600C系列觸摸屏，下位機CPU選用和利時LM3109 PLC控制器，上、下位機之間通過RS485進行通訊。通過邏輯編程處理來自觸摸屏以及按鈕、傳感器等信號，控制6臺變頻器。圖3為控制系統(tǒng)配置圖。
圖3 控制系統(tǒng)配置圖
4.1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CPU模塊LM3109、1個16通道數(shù)字量輸入模塊LM3212、1個8通道數(shù)字量輸出模塊LM3222、1個8通道模擬量輸入模塊LM3313和3個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I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出。具有1個RS232和1個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)字量信號處理，數(shù)字量輸入信號的額定工作電壓為24VDC。LM3222模塊是8路數(shù)字量輸出處理通道，主要完成觸點型數(shù)字量的輸出處理工作，輸出額定負載的電壓為24VDC或220VAC。
3）模擬量擴展模塊：LM3313模塊提供8通道模擬量輸入通道，輸入范圍-10-10V電壓信號和-10-20mA電流信號可選，主要完成現(xiàn)場模擬量的輸入、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電壓信號或0～20mA電流信號，完成模擬量信號的輸出工作。
表1為系統(tǒng)I/O分配表。
4.2 監(jiān)控部分
上位監(jiān)控部份采用和利時HT6600系列觸摸屏，配以監(jiān)控軟件來完成。觸摸屏上可以進行參數(shù)設(shè)置、電機啟停控制和顯示轉(zhuǎn)速和故障等信息。圖4-圖7為觸摸屏部分監(jiān)控畫面。
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DI |
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|
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DO |
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I1 |
IX0.0 |
1號電機正轉(zhuǎn) |
Q1 |
QX0.0 |
1#變頻正轉(zhuǎn) |
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I2 |
IX0.1 |
1號電機反轉(zhuǎn) |
Q2 |
QX0.1 |
1#變頻反轉(zhuǎn) |
|
I3 |
IX0.2 |
1號后聯(lián) |
Q3 |
QX0.2 |
2#變頻正轉(zhuǎn) |
|
I4 |
IX0.3 |
2號前聯(lián) |
Q4 |
QX0.3 |
2#變頻反轉(zhuǎn) |
|
I5 |
IX0.4 |
2號電機正轉(zhuǎn) |
Q5 |
QX0.4 |
3#變頻正轉(zhuǎn) |
|
I6 |
IX0.5 |
2號電機反轉(zhuǎn) |
Q6 |
QX0.5 |
3#變頻反轉(zhuǎn) |
|
I7 |
IX0.6 |
2號后聯(lián) |
Q7 |
QX0.6 |
4#變頻正轉(zhuǎn) |
|
I8 |
IX0.7 |
3號前聯(lián) |
Q8 |
QX0.7 |
4#變頻反轉(zhuǎn) |
|
I9 |
IX1.0 |
3號電機正轉(zhuǎn) |
Q9 |
QX1.0 |
5#變頻正轉(zhuǎn) |
|
I10 |
IX1.1 |
3號電機反轉(zhuǎn) |
Q10 |
QX1.1 |
5#變頻反轉(zhuǎn) |
|
I11 |
IX1.2 |
3號后聯(lián) |
Q11 |
QX1.2 |
6#變頻正轉(zhuǎn) |
|
I12 |
IX1.3 |
4號前聯(lián) |
Q12 |
QX1.3 |
6#變頻反轉(zhuǎn) |
|
I13 |
IX1.4 |
4號電機正轉(zhuǎn) |
Q13 |
QX1.4 |
收線電機正轉(zhuǎn) |
|
I14 |
IX1.5 |
4號電機反轉(zhuǎn) |
Q14 |
QX1.5 |
1#電機剎車氣閥 |
|
I15 |
IX1.6 |
4號后聯(lián) |
Q15 |
QX1.6 |
2#電機剎車氣閥 |
|
I16 |
IX1.7 |
5號前聯(lián) |
Q16 |
QX1.7 |
3#電機剎車氣閥 |
|
I17 |
IX2.0 |
5號電機正轉(zhuǎn) |
Q17 |
QX2.0 |
4#電機剎車氣閥 |
|
I18 |
IX2.1 |
5號電機反轉(zhuǎn) |
Q18 |
QX2.1 |
5#電機剎車氣閥 |
|
I19 |
IX2.2 |
5號后聯(lián) |
Q19 |
QX2.2 |
6#電機剎車氣閥 |
|
I20 |
IX2.3 |
6號前聯(lián) |
Q20 |
QX2.3 |
7#電機剎車氣閥 |
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I21 |
IX2.4 |
6號電機正轉(zhuǎn) |
Q21 |
QX2.4 |
故障指示燈 |
|
I22 |
IX2.5 |
6號電機反轉(zhuǎn) |
Q22 |
QX2.5 |
故障復(fù)位繼電器 |
|
I23 |
IX2.6 |
斷線報警 |
Q23 |
QX2.6 |
急停輸出（斷線） |
|
I24 |
IX2.7 |
變頻故障 |
Q24 |
QX2.7 |
|
|
I25 |
IX4.0 |
1號停止 |
AI |
|
|
|
I26 |
IX4.1 |
1號啟動（加速） |
I1 |
IW6 |
|
|
I27 |
IX4.2 |
2號停止 |
I2 |
IW8 |
1號張力控制器 |
|
I28 |
IX4.3 |
2號啟動（加速） |
I3 |
IW10 |
2號張力控制器 |
|
I29 |
IX4.4 |
3號停止 |
I4 |
IW12 |
3號張力控制器 |
|
I30 |
IX4.5 |
4號停止 |
I5 |
IW14 |
4號張力控制器 |
|
I31 |
IX4.6 |
4號啟動（加速） |
I6 |
IW16 |
5號張力控制器 |
|
I32 |
IX4.7 |
5號停止 |
I7 |
IW18 |
|
|
I33 |
IX5.0 |
5號啟動（加速） |
I8 |
IW20 |
|
|
I34 |
IX5.1 |
6號停止 |
AO |
|
|
|
I35 |
IX5.2 |
6號啟動（加速） |
Q1 |
QW4 |
變頻器1 |
|
I36 |
IX5.3 |
自動啟動 |
Q2 |
QW6 |
變頻器2 |
|
I37 |
IX5.4 |
故障復(fù)位（控制復(fù)位繼電器） |
Q3 |
QW8 |
變頻器3 |
|
I38 |
IX5.5 |
3號啟動（加速） |
Q4 |
QW10 |
變頻器4 |
|
I39 |
IX5.6 |
減速停車 |
Q5 |
QW12 |
變頻器5 |
|
I40 |
IX5.7 |
|
Q6 |
QW14 |
變頻器6 |
|
|
|
|
Q7 |
QW16 |
|
|
|
|
|
Q8 |
QW18 |
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表1 系統(tǒng)I/O分配表 |
5 結(jié)論
采用和利時可編程控制器、和利時的觸摸屏以及變頻器，為直線拉絲機設(shè)備提供了機電一體化的系統(tǒng)解決方案，可進行點動、聯(lián)動和自動控制，提高了拉絲機的自動化程度。同時，控制系統(tǒng)提供非常高的運算速度和控制精度，保證了拉絲的質(zhì)量，具有很高的可靠性和性能價格比，在保證質(zhì)量的同時，最大化的降低生產(chǎn)成本。