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    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，工作特性為滑動式拉絲，多道次拉拔；水箱式拉絲機是通過控制線上張力，使經過拉絲模具的線材不斷由粗到細，最終得到所需的規格；水箱式拉絲機在拉絲時，將拉拔頭置于水箱中，開啟冷卻液對模具進行冷卻。由于水箱式拉絲機對車速精度、線上張力要求較高，這對于PLC及傳動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拉拔頭組成的小型連續生產設備，通過逐級拉拔，并將拉拔頭置于水箱中，最后將鋼絲拉到所需的規格。就國內幾個主要水箱式拉絲機生產商來看，一般配置了20個左右的拉拔頭。通過每一級的拉拔后，鋼絲的線徑發生了變化，所以每個拉拔頭工作線速度也應有變化。在整個拉拔過程中，根據拉模配置的不同，各個拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準是每個時刻通過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——進線鋼絲的直徑；　　

     v1——進線鋼絲的線速度；　　
 
    d——出線鋼絲的直徑；　　

    v2——出線鋼絲的線速度。

    1.2 控制策略

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

    2 系統的實現

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

    電氣傳動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總線技術實現集成控制，保證恒定張力，實現排線自動補償，保證鋼絲在整個拉拔過程中的連續穩定性，保證鋼絲產品質量，人機界面操作簡便，實現自動監測和報警。

    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， 拉絲長度通過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，預置速度和定長，數字加減速，故障報警及張力自動跟蹤等功能。可隨時起動和停車，無斷絲亂絲現象，具有結構合理、性能穩定、功能齊全、操作簡單、維護方便等特點。變頻調速控制：拉絲機的傳動部分控制，主要是要保證收線電機能精確地隨著主電機的速度變化及收線工字輪卷徑增加，自動及時準確地調整速度，使整機系統保證恒定張力，從而保證鋼絲在整個拉拔過程中的連續穩定性，達到保證鋼絲產品質量的目的。在運行過程中，這兩個電機的運轉速度控制精度要高，動態過渡過程要快，抗干擾能力要強，保證張力穩定。另外由于拉拔出來的鋼絲要均勻纏繞在收線工字輪上，整套系統配備了排線機構，采用ABB eCo PLC和變頻器控制減速電機的方式，根據實際使用情況，在工作過程中實時改變排線速度，可以保證鋼絲均勻地纏繞在收線工字輪上。

    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，該系列變頻器閉環速度控制方式運行時的轉速精度為：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，通過變頻器自身的積分分離PID調節功能， 通過對三個變頻器的總線控制， 自動跟蹤主機的速度。為避免在加工過程中的一些意外情況發生時造成對機器和人身安全的影響，整機配備了多種自動保護措施：如采用ABB eCo PLC自動采集ABB變頻器內部相關數據并實時運算，能使機器在保證產品質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濟損失。在排線控制方面，為了避免經常會出現的排線邊緣不齊，壓絲及腰鼓形等特定問題，本系統采取了排線自動補償系統，根據排線層面的不平整度，在實際工作過程中自動計算卷徑并實時進行修正， 保證鋼絲在任意時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，大大提高了生產效率。

    2.2 系統的軟件結構

    在工業自動化控制系統中，最為常見的是PLC和變頻器的組合應用，并且產生了多種多樣的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、發送數據、接收數據的奇偶校驗、超時處理和出錯重發等一系列技術問題，一條簡單的變頻器操作指令，有時要編寫數十條PLC梯形圖指令才能實現，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：無需添加任何硬件或軟件，采用ABB eCo PLC自帶功能塊，直接編寫6條極其簡單的PLC梯形圖指令，即可實現多臺變頻器參數的讀取、寫入、各種運行的監視和控制，這種方法非常簡捷便利，極易掌握，故障查詢處理迅速。在實際應用中可以實時采集數據和給定命令，對系統進行精確的控制，主要控制原理為： 首先根據生產產品的材質結構及工藝要求在人機界面上設定速度值，通過PLC內部運算，將數據寫入到主機變頻器中，整機將按照此給定速度值運行，在實際加工過程中可根據需要隨時更改數值，來滿足加工工藝的需要。

    3 應用說明

    • ABB eCo PLC和ABB變頻器編程調試的通用性強，有相關編程經驗的技術人員，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發，帶有獨立風道的散熱器，全系列內置進線電抗器與EMC濾波器，變頻器內部電路板均為高防護等級的涂層板，已經大批量應用在金屬制品行業中，并獲得了業主和設備廠的廣泛認可。

    • 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，提供更完善的客戶培訓及調試指導，售后更貼心。

    摘自《自動化博覽》2011年第八期