摘要：中絲熱處理作業(yè)線是子午線輪胎鋼絲熱處理生產(chǎn)工藝中重要的一環(huán)拳笨，對(duì)機(jī)電設(shè)備的性能和可靠性都有極高的要求。本文介紹了該生產(chǎn)工藝對(duì)變頻器和PLC產(chǎn)品的要求以及艾默生公司針對(duì)該生產(chǎn)工藝提出的創(chuàng)新型解決方案菠卖。

一 概述

　　鋼簾線主要用于汽車輪胎生產(chǎn)咏肠，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，鋼簾線市場(chǎng)前景被看好相种。02年至今威恼，江蘇、山東寝并、遼寧以及湖北等地一直在興建和擴(kuò)建鋼簾線生產(chǎn)基地沃测。通過(guò)對(duì)前期引進(jìn)設(shè)備的消化和吸收以及國(guó)內(nèi)機(jī)電技術(shù)水平的提升，目前鋼簾線的生產(chǎn)設(shè)備如直線式拉絲機(jī)食茎、中絲熱處理設(shè)備蒂破、水箱拉絲機(jī)、合股成繩機(jī)以及外繞機(jī)都在逐漸國(guó)產(chǎn)化别渔。為適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)附迷，提升設(shè)備性能，降低設(shè)備成本哎媚，尋求創(chuàng)新型解決方案就成為設(shè)備商和最終生產(chǎn)廠家的重要關(guān)注點(diǎn)喇伯。

二 工藝要求及控制系統(tǒng)組成

　　中絲熱處理是對(duì)半成品鋼絲通過(guò)熱處理正火,消除鋼絲在拉拔過(guò)程中產(chǎn)生的加工硬化，它是一種連續(xù)加工工藝拨与，示意圖如下：

　　工藝要求：
　　1稻据、 對(duì)于一定直徑（d）的半成品絲，牽引速度（V）要保持恒定买喧，即d/V值恒定霉枢。
　　2、 牽引輪和收線輪之間的半成品絲的張力（F）要保持恒定榔屈。同時(shí)因?yàn)槭站€輪采用中心收卷方式斑宴，應(yīng)該進(jìn)行張力錐度控制。
　　廠家條件：
　　1亏铭、 為控制成本窒埃，廠家只提供時(shí)序邏輯控制信號(hào)，不提供如張力反饋闰纪、電機(jī)編碼器等信號(hào)宽考。
　　2、 供應(yīng)商產(chǎn)品必須有在國(guó)內(nèi)拉絲機(jī)龍頭企業(yè)兩年以上成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)并提供解決方案。
　　分析：如果不考慮上述限制條件啃碗，上述工藝通過(guò)一個(gè)非常普通的中心收卷方案就可以解決庞吆。因?yàn)榘袑ｉT針對(duì)此類工藝的TD3300張力控制專用變頻器，可是TD3300變頻器三種張力控制方式所要求的條件（張力反饋信號(hào)或張力開(kāi)環(huán)閉環(huán)矢量轉(zhuǎn)矩模式）均不具備盐儿。為此，我們?yōu)閺S家提供了如下的解決方案涮较，并得到了廠家認(rèn)可稠鼻。

　　如上圖，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪穩(wěn)速精度要求狂票，選擇了EV1000變頻器候齿。整個(gè)工藝的難點(diǎn)在于收線輪的張力控制。根據(jù)收卷輪運(yùn)行頻率范圍（60Hz~5Hz）以及半成品絲的張力控制精度要求（±20%）闺属，決定采用TD3000變頻器直接進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制慌盯，轉(zhuǎn)矩設(shè)定指令由PLC根據(jù)用戶的設(shè)定進(jìn)行一系列計(jì)算之后給出。而根據(jù)工藝要求的PLC點(diǎn)數(shù)以及程序容量與計(jì)算速度掂器，決定選用艾默生新推出的EC20-BRA2012 PLC亚皂。

三 控制原理

　　1、半成品鋼絲收線速度控制
　　由于EV1000變頻器運(yùn)行穩(wěn)速精度<±1%的額定同步轉(zhuǎn)速,完全滿足工藝對(duì)速度控制精度的要求国瓮，因此只需要根據(jù)線徑就可以計(jì)算出所需設(shè)定的變頻器頻率灭必。
　　2、半成品鋼絲收卷張力控制
　　張力控制是通過(guò)變頻器與PLC配合來(lái)完成的乃摹，其控制思路如下：

卷徑計(jì)算
　　由于有排線器裝置禁漓，排線器從一邊運(yùn)行到另一邊時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)換向信號(hào)，我們將此信號(hào)傳遞給PLC踪觉，一但PLC檢測(cè)到此信號(hào)泳寥，則認(rèn)為卷徑發(fā)生變化，具體計(jì)算關(guān)系如下式所示撕第。

　　式中n表示收到第n個(gè)排線換向信號(hào)疹神，Dn表示第n圈時(shí)的卷徑，D0表示空卷時(shí)的卷徑抓深，d表示線徑墙弛，而k表示卷徑校正系數(shù)，一般由經(jīng)驗(yàn)獲得法铝，和線徑相關(guān)降井。上述公司經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，和實(shí)際情況比較吻合级案。

張力計(jì)算

　　處于成本考慮隘吆，我們沒(méi)有為PLC配置模擬輸入和輸出模塊，而是巧妙地借用了變頻器的模擬輸入輸出口以及PLC標(biāo)配的RS485通行串口來(lái)實(shí)現(xiàn)張力的設(shè)定。首先用戶將張力設(shè)定電位器連接到變頻器模擬輸入AI1晕石，變頻器自身只是采集該模擬量值桦陨，但并不對(duì)該模擬量進(jìn)行任何處理，然后PLC利用內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)與變頻器通信据途，讀取模擬量輸入值绞愚，轉(zhuǎn)化為張力設(shè)定值。在此處需要注意的是根據(jù)變頻器串口通信協(xié)議颖医，PLC讀入值0~2000代表變頻器AI1口電壓輸入值為-10V~+10V位衩。
　　根據(jù)工藝要求，隨著卷徑增加（滿卷與空卷之比可達(dá)4：1）熔萧，收線張力必須按一定規(guī)律減小糖驴，否則會(huì)發(fā)生外層絲勒到里層中去，導(dǎo)致纏絲現(xiàn)象佛致。PLC根據(jù)下面公式來(lái)進(jìn)行張力錐度公式進(jìn)行計(jì)算：

　　式中贮缕，F(xiàn)為實(shí)際設(shè)定張力，F(xiàn)0為電位器設(shè)定張力俺榆，D0為空卷卷徑感昼，D為當(dāng)前卷徑，k為錐度校正系數(shù)罐脊。其趨勢(shì)圖如右邊所示抑诸。
　　設(shè)置了相應(yīng)的密碼（PLC可提供3 級(jí)用戶密碼權(quán)限）。保護(hù)用戶程序的私密性状萤。

轉(zhuǎn)矩計(jì)算

　　基于上述卷徑與張力的處理玷仗，我們可知收卷處所需要的轉(zhuǎn)矩為
　　
　　考慮到傳動(dòng)比k，則需要電機(jī)出的轉(zhuǎn)矩為
　　
　　另外撒肉，根據(jù)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式
　　
　　可以計(jì)算出需要設(shè)定的轉(zhuǎn)矩百分比仅犬，通過(guò)通信直接寫入變頻器功能碼中就可以了。

四 運(yùn)行調(diào)試

　　這種設(shè)備運(yùn)行耗費(fèi)大量的電能实腹，而且調(diào)試會(huì)浪費(fèi)昂貴的金屬線材案哄，因此用戶一般不會(huì)給設(shè)備廠家提供較長(zhǎng)的調(diào)試時(shí)間，這就需要我們?cè)谡秸{(diào)試前做大量而仔細(xì)的工作滥诀，確保一次成功沐亏。
　　1、仔細(xì)檢查線路圖婴可，確保強(qiáng)電與弱點(diǎn)接線正確耸挟，盡量遵循變頻器與PLC用戶手冊(cè)給定的走線方式。
　　2蠕祟、因?yàn)镋V1000和TD3000都具備電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)功能卿捎，特別是TD3000配紫，因?yàn)檫\(yùn)行在開(kāi)環(huán)矢量轉(zhuǎn)矩方式，一定要進(jìn)行自學(xué)習(xí)午阵。
　　3躺孝、在正式調(diào)試前，將PLC與變頻器通信程序調(diào)通底桂，確保讀取與寫入?yún)?shù)正確植袍。
　　4、驗(yàn)證PLC的脈沖記數(shù)功能籽懦。
　　5于个、對(duì)PLC各計(jì)算子程序進(jìn)行驗(yàn)證，確保計(jì)算無(wú)誤猫十。
　　6览濒、按照工藝要求呆盖，認(rèn)真分析各時(shí)序邏輯信號(hào)拖云，做出正確的程序。
　　經(jīng)過(guò)上述仔細(xì)準(zhǔn)備应又，調(diào)試起來(lái)非常順利宙项。

五 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

　　在和用戶充分溝通、了解工藝要求與原理的基礎(chǔ)上鲜映，結(jié)合艾默生公司工控產(chǎn)品的功能和特點(diǎn)定岳，實(shí)現(xiàn)了極高性價(jià)比的中絲收線系統(tǒng)，這套系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
　　1袭仲、 系統(tǒng)電氣配置非常簡(jiǎn)潔
　　一般帶張力控制的收放卷系統(tǒng)池膜，不是設(shè)計(jì)成帶張力反饋的張力閉環(huán)控制系統(tǒng)，這種情況下用戶需要張力反饋信號(hào)箭基，會(huì)增加機(jī)械和電氣成本盘称，就是讓矢量控制變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式，這種方式對(duì)變頻器性能要求比較高芭甚，而且必須加裝電機(jī)編碼器兔阿，也增加了設(shè)備成本，并且編碼器安裝也費(fèi)工費(fèi)時(shí)少煮。通過(guò)對(duì)收線設(shè)備的技術(shù)要求進(jìn)行分析蜕逾，確認(rèn)TD3000變頻器開(kāi)環(huán)矢量轉(zhuǎn)矩模式的轉(zhuǎn)矩控制精度完全可以滿足設(shè)備要求。當(dāng)然這和TD3000先進(jìn)的矢量控制算法是分不開(kāi)的竿丙。
 此外挑庶，EC20 系列PLC的標(biāo)準(zhǔn)配置非常豐富，它標(biāo)準(zhǔn)配置了兩個(gè)通信口软能，其中之一就是RS485接口挠羔。因此在無(wú)需增加額外成本的情況下可以和變頻器建立高效的通信。由于標(biāo)配的通信功能，為系統(tǒng)節(jié)省了一個(gè)模擬輸入模塊和一個(gè)模擬輸出模塊破加。
　　2俱恶、 系統(tǒng)調(diào)試簡(jiǎn)單易行
　　在小型電氣控制系統(tǒng)中，設(shè)備間通信的調(diào)試都是一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)范舀。但艾默生EC20-PLC自動(dòng)集成了艾默生變頻器通信協(xié)議合是，因此通信非常簡(jiǎn)單，只需一條指令就可解決問(wèn)題锭环。以設(shè)定變頻器運(yùn)行頻率為例聪全，步驟如下：首先在工程管理器中的通信設(shè)備連接項(xiàng)的變頻器連接表中設(shè)定變頻器地址，型號(hào)辅辩，廠家难礼，協(xié)議。然后直接利用如下指令即可：
　　—[ FRQ  2  D0  M0  D2 ]
　　其中墩倔，2表示對(duì)當(dāng)前地址為2的變頻器進(jìn)行通信涂颠，D0存放要設(shè)置的頻率，M0和D2都是反映指令執(zhí)行的餓狀態(tài)摇皿。
　　3俗齿、系統(tǒng)的可靠性很高
　　艾默生變頻器很早就進(jìn)入鋼簾線行業(yè)，并針對(duì)鋼簾線行業(yè)變頻器使用環(huán)境進(jìn)行了專門的改進(jìn)泳嵌，有著很好的環(huán)境適應(yīng)性圆滓。
　　一般鋼簾線工廠都有自建的電廠，和標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)質(zhì)量相比膊抄，電廠發(fā)電質(zhì)量不好存站，因此我們?cè)谧冾l器輸入端設(shè)計(jì)了特殊的處理電路，能夠有效容忍電網(wǎng)質(zhì)量一定程度的下降膛逞。此外滚曾，變頻器適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍大，如TD3000電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍在額定輸入電壓的±20%竖习。
　　針對(duì)鋼簾線多粉塵的潮濕環(huán)境帆摊，艾默生工控產(chǎn)品（變頻器與PLC）的所有單板及器件引腳都進(jìn)行三防漆的處理，而且采用獨(dú)立的散熱風(fēng)道裸卫，更有效地降低金屬粉塵的影響仿贬。

六：結(jié)束語(yǔ)

　　高性價(jià)比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須建立在對(duì)生產(chǎn)工藝流程的了解之上，必須建立在對(duì)變頻器和PLC性能與功能特點(diǎn)的熟悉之上墓贿，兩者的緊密結(jié)合茧泪，才能為客戶提供極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。
　　TD3000變頻器先進(jìn)的算法聋袋，較好的開(kāi)環(huán)矢量轉(zhuǎn)矩控制精度是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在队伟。
　　艾默生推出的EC20 PLC經(jīng)受住各種環(huán)境的考驗(yàn)穴吹，充分驗(yàn)證了艾默生工控產(chǎn)品高度的可靠性。

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