PLC在直线式拉丝机控制系统中的应用

摘要：文章在直线式拉丝机工艺原理的基础上，介绍PLC在控制系统中的应用，辅以触摸屏以及变频器，为直线拉丝机设备提供了机电一体化的系统解决方案，实际效果达到预期设计，提高了拉丝机的可靠性和自动化程度。文章主要介绍用PLC构成拉丝机控制系统的设计方法和设计思路。

关键词：拉丝机；PLC变频器；触摸屏

中图分类号：TG355文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）06-0063-02

拉丝机也叫拔丝机、拉线机，是一种在工业中应用很广泛的机械设备，主要功能是将粗线径的金属材料加工成各种规格的细线。直线式拉丝机的电气传动部分主要由放线电机、拉线电机和收线电动机实现。本文将分析PLC在直进式拉丝机自动控制系统中的应用，通过PLC和变频器可以实现拉拔速度的设定、电动机转速的调节、系统操作的自动化、生产过程控制、实时PID闭环控制、定长控制等功能。

一、控制工艺原理

拉丝机的种类很多，一般工具产品的物料、规格选择不同的拉丝机，直线式拉丝机的精度和拉拔稳定性好，是金属线缆制造行业的主要加工设备。直线式拉丝机的工作工程基本上可以划分成放线、拉丝、收线等三部分工艺过程，如图1所示。金属线缆的放线对于整个拉丝机环节来说，其控制没有过高的精度要求，拉丝环节是拉丝机最为重要的工作环节，不同金属物料，不同的丝质品种和要求，拉丝环节有很大的不同。收线环节的工作速度决定了整个拉丝机械的生产效率，常用的控制技术有同步控制与张力控制实现金属制品的收卷。

图1拉丝机的基本工作工程

二、拉丝机PLC控制系统介绍

直线式拉丝机主要由放线电机与收线电机及拉丝电机构成驱动部分，系统组成框图如图2所示。放线电机的操作通过变频器驱动放线电机，配合拉丝环节的丝线张力牵伸送进拉丝机达到自由放线。拉丝环节由多台电机同时对金属线缆进行拉伸，对电机的同步性要求较高，该环节有多个装有检测拉丝过程中张力大小的张力传感器的转鼓，最后通过导轮送至收线电机。收卷电机通过光电编码器与张力传感器相连，张力信号反馈至拉丝环节，进一步控制收卷，使收卷线速恒定。

图2拉丝机系统框图

该拉丝机系统采用先进的PLC控制方式。其中PLC为控制系统核心，变频调速器和异步交流电机为被控对象，用6台变频器分别控制6台交流电动机，将张力感应式传感器用于4个卷筒拉拔丝的张力检测装置。整机电气线路简化，系统故障率低，使用寿命长，变频器在PLC控制下可对各电机进行平滑无级调速，实现了拉丝机工作过程中的多种动作与功能。

系统其余部分例如汽缸的夹紧、拉丝排线、运行指示灯、报警、启动停止、手动自动模式切换与紧急停车等逻辑控制功能，可根据生产工艺编写出合适的PLC控制程序。

三、系统设计

拉丝机PLC控制系统图如图3所示；

图3拉丝机PLC控制系统图

（一）PLC部分

采用三菱公司的FX2N-48MR型PLC，该PLC输入24点，输出24点，继电器输出型，可连接多种特殊功能扩展模块实现多种特殊控制功能，可设定控制参数，处理复杂的数据运算、实现较强的逻辑控制功能和PID过程控制，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力，可靠性高、体积小且成本低，达到本系统的设计要求。

PLC的基本单元带相应的异步串行通讯端口，用于拉丝机控制系统的编程调试，以及与其它工控设备之间通讯和控制。基本单元的扩展接口用于与特殊功能模块的连接，连接模拟量输入模块FX2N-4AD和模拟量输出模块FX2N-2DA。

（二）模拟量模块

FX2N-4AD模拟量输入模块有四个通道，采集-10V～+10V电压信号或者4～20mA或-20～20mA电流信号，每个通道都可进行AD转换，分辩率为12位，内部有32个16位的缓冲寄存器（BMF），用于与PLC交换数据。FX2N-2DA型模拟输出模块用于12位的将数字量转换成两路模拟量电压信号或者电流信通过执行器驱动负载，模拟量模块用于完成系统的PID闭环控制。

（三）变频器

变频器通过改变电源的频率来达到改变电机的拖动转速，进而达到节能、调速的目的，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。本拉丝机控制系统设计中采用三菱FR-D700变频器，该变频器输入为单相，输出为三相，接线方便，运行可靠，满足系统硬件要求。变频器的应用，大大提高了拉丝机的自动化水平与加工能力、有效降低了设备的能耗与维护成本，实现了拉丝无级调速控制与卷取的恒张力同步控制。

（四）监控部分

监控部分采威纶MT5000系列触摸屏，配以自带的监控组态软件EV5000来完成。MT5000系列是威纶通公司全新一代的工业嵌入式触摸屏人机界面，有2个九针通讯端口支持 RS232/485/422 的工控设备外，还可以用作连接PC 的编程口和设置口。EV5000监控组态软件小巧、高效、使用简单，画面丰富，操作简洁方便，各种参数一目了然，可以满本系统实时监控系统的要求。在触摸屏上可以进行变频器参数设置、系统启动停车控制、显示各电机的转速和故障等信息。

（五）系统调试

在整个调试过程中，不仅要合理的调整反馈比例系数，同时也要注意拉丝各在正常运行过程中出力的不同。整个系统在运行中可以分启动、加速、减速、停车等过程。后一级跟随前一级的速度变化，后一级拉伸电机的运行速度给定采用复合控制，模拟量反馈信号作PID调整后的输出作为辅助给定，启动要求第一道拉丝电机具有较高的启动转矩，在拉最大线径时也要能有足够的力量。收线在加速的过程中，加速时间要比从拉更小，因为收线要更加快速的对主拉或从拉速度的变化进行快速响应。在减速和停车的过程中，也要合理的对拉丝环节的主拉、从拉以及收线电机的减速时间进行设定，以保证在停车时能够停在平衡位置附近。

四、结语

采用三菱FX2N-48MR可编程控制器、威纶触摸屏以及三菱FR-D700变频器，为直线拉丝机设备提供了机电一体化的系统解决方案，实际效果达到预期设计，提高了拉丝机的自动化程度。采用变频器控制可以根据线缆的不同规格调节放线电机的速度，提高了产品精度和系统的稳定性。系统的变频控制实现了电机软启动，延长了电机使用命也减少了电气维护量。同时，控制系统采用PLC控制，提供了非常高的运算速度和控制精度，保证了拉丝的质量。在人机界面的应用中，借助触摸屏控制技术和组态技术，使现场操作更直观简便，大大减轻了工人的劳动强度，方便了维修人员检修。系统结构简单，系统的设计体现了自动化系统“集中管理，分散控制，管控一体化”的设计理念。

参考文献

[1] 艾默生工业自动化（中国）．EC20 PLC系列在拉丝机上的应用[J]．可编程控制器与工厂自动化，2008，（1）．

[2] 吕文良．LM系列PLC在直线式拉丝机上的应用[J]．PLC&FA，2009，（9）．

[3]李强．基于台达机电技术的三联直进式金属拉丝机[J]．可编程控制器与工厂自动化，2007，（9）．

作者简介：詹昌义（1981-），男，安徽潜山人，供职于安徽工业职业技术学院，研究方向：电气控制技术与PLC控制技术。

（责任编辑：周加转）