1 引言
拉丝机是金属加工行业主要加工设备之一，主要是将粗线加工成各种规格细线，一般由放线、水冷、收线等部分组成，其中电气传动部份主要由拉线电机和收线电机实现。通过PLC来实现拉拔速度设定、操作自动化、生产过程控制、实时闭环控制、自动计米等功能。通过变频器来控制电机的转速。
2 直进式拉丝机变频控制系统
该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸，设计的工艺要求为：（1）最高拉丝速度18m/s；（2）加工品种主要是进线Ф6mm→出线Ф2mm（3）停车不能有断头（紧急停车除外）。
直进式拉丝机是拉丝机中最难控制的一种，由于它是多台电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。不像以前经常遇到的水箱拉丝机和活套式拉丝机，允许金属丝在各道模具之间打滑。由于比较容易在作业过程中拉断，它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要求。本系统共有六个的转鼓，每个转鼓由一台变频器控制并带有机械制动装置，和一个收线电机。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂，采用位移传感器可以检测出摆臂的位置，当丝拉得紧的时候，丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂内移。
图1 设备外形图
图2 加工工艺简图
3 控制工艺原理
该直线式拉丝机控制系统主要分为：点动、联动、加速启动、自动工作和刹车五部分组成。
1） 点动：点动分为前转和后转。当踩下点动脚踏开关时，所选控电机以固定的转速运行，使每个转鼓上的线绕紧。
2） 联动：联动分为前联和后联。第一台转鼓没有前联，第六台转鼓没有后联，中间四台转鼓前联和后联都有。当踩下前联开关时，所选控电机及之前的电机一起转动绕丝；当踩下后联开关时，所选控电机及之后的电机一起转动绕丝。当联动时，电机以某一固定速度旋转。
3） 加速启动：加速启动与联动类似，但没有前后之分，当按下加速按钮时，所选择电机及之前的电机加速启动到设定的速度。
4） 自动启动：当把线全部绕到转鼓上时，按下启动按钮，所有电机一起加速启动，通过PLC里面的PID来调节各个电机的转速，保证在高速运行的状态下不会拉断丝，直到速度达到设定值，收线机也一起运行。当按下停止按钮时，所有电机减速停止。
5） 刹车及急停：当停车状态下，为了防止断线，所有转鼓不允许转动。当在运行状态下，如果发生断线，所有的转鼓要立即停止，防止发生意外。
4 控制系统介绍
控制系统上位机采用和利时HT6600C系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器，上、下位机之间通过RS485进行通讯。通过逻辑编程处理来自触摸屏以及按钮、传感器等信号，控制6台变频器。 4.1可编程控制器部分
本系统采用HOLLiAS LM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3109、1个16通道数字量输入模块LM3212、1个8通道数字量输出模块LM3222、1个8通道模拟量输入模块LM3313和3个2通道模拟量输出模块LM3320。
1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。
2）数字量扩展模块：LM3212模块是16路数字量输入处理通道，主要完成数字量信号处理，数字量输入信号的额定工作电压为24VDC。LM3222模块是8路数字量输出处理通道，主要完成触点型数字量的输出处理工作，输出额定负载的电压为24VDC或220VAC。
3）模拟量扩展模块：LM3313模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10-10V电压信号和-10-20mA电流信号可选，主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。LM3320模块有2路模拟量输出处理通道，输出范围0～10V电压信号或0～20mA电流信号，完成模拟量信号的输出工作。
表1为系统I/O分配表。
4.2 监控部分
上位监控部份采用和利时HT6600系列触摸屏，配以监控软件来完成。触摸屏上可以进行参数设置、电机启停控制和显示转速和故障等信息。图4-图7为触摸屏部分监控画面。
DI | | | | DO | | | I1 | IX0.0 | 1号电机正转 | Q1 | QX0.0 | 1#变频正转 | I2 | IX0.1 | 1号电机反转 | Q2 | QX0.1 | 1#变频反转 | I3 | IX0.2 | 1号后联 | Q3 | QX0.2 | 2#变频正转 | I4 | IX0.3 | 2号前联 | Q4 | QX0.3 | 2#变频反转 | I5 | IX0.4 | 2号电机正转 | Q5 | QX0.4 | 3#变频正转 | I6 | IX0.5 | 2号电机反转 | Q6 | QX0.5 | 3#变频反转 | I7 | IX0.6 | 2号后联 | Q7 | QX0.6 | 4#变频正转 | I8 | IX0.7 | 3号前联 | Q8 | QX0.7 | 4#变频反转 | I9 | IX1.0 | 3号电机正转 | Q9 | QX1.0 | 5#变频正转 | I10 | IX1.1 | 3号电机反转 | Q10 | QX1.1 | 5#变频反转 | I11 | IX1.2 | 3号后联 | Q11 | QX1.2 | 6#变频正转 | I12 | IX1.3 | 4号前联 | Q12 | QX1.3 | 6#变频反转 | I13 | IX1.4 | 4号电机正转 | Q13 | QX1.4 | 收线电机正转 | I14 | IX1.5 | 4号电机反转 | Q14 | QX1.5 | 1#电机刹车气阀 | I15 | IX1.6 | 4号后联 | Q15 | QX1.6 | 2#电机刹车气阀 | I16 | IX1.7 | 5号前联 | Q16 | QX1.7 | 3#电机刹车气阀 | I17 | IX2.0 | 5号电机正转 | Q17 | QX2.0 | 4#电机刹车气阀 | I18 | IX2.1 | 5号电机反转 | Q18 | QX2.1 | 5#电机刹车气阀 | I19 | IX2.2 | 5号后联 | Q19 | QX2.2 | 6#电机刹车气阀 | I20 | IX2.3 | 6号前联 | Q20 | QX2.3 | 7#电机刹车气阀 | I21 | IX2.4 | 6号电机正转 | Q21 | QX2.4 | 故障指示灯 | I22 | IX2.5 | 6号电机反转 | Q22 | QX2.5 | 故障复位继电器 | I23 | IX2.6 | 断线报警 | Q23 | QX2.6 | 急停输出（断线） | I24 | IX2.7 | 变频故障 | Q24 | QX2.7 | | I25 | IX4.0 | 1号停止 | AI | | | I26 | IX4.1 | 1号启动（加速） | I1 | IW6 | | I27 | IX4.2 | 2号停止 | I2 | IW8 | 1号张力控制器 | I28 | IX4.3 | 2号启动（加速） | I3 | IW10 | 2号张力控制器 | I29 | IX4.4 | 3号停止 | I4 | IW12 | 3号张力控制器 | I30 | IX4.5 | 4号停止 | I5 | IW14 | 4号张力控制器 | I31 | IX4.6 | 4号启动（加速） | I6 | IW16 | 5号张力控制器 | I32 | IX4.7 | 5号停止 | I7 | IW18 | | I33 | IX5.0 | 5号启动（加速） | I8 | IW20 | | I34 | IX5.1 | 6号停止 | AO | | | I35 | IX5.2 | 6号启动（加速） | Q1 | QW4 | 变频器1 | I36 | IX5.3 | 自动启动 | Q2 | QW6 | 变频器2 | I37 | IX5.4 | 故障复位（控制复位继电器） | Q3 | QW8 | 变频器3 | I38 | IX5.5 | 3号启动（加速） | Q4 | QW10 | 变频器4 | I39 | IX5.6 | 减速停车 | Q5 | QW12 | 变频器5 | I40 | IX5.7 | | Q6 | QW14 | 变频器6 | | | | Q7 | QW16 | | | | | Q8 | QW18 | |
表1 系统I/O分配表 |
5 结论
采用和利时可编程控制器、和利时的触摸屏以及变频器，为直线拉丝机设备提供了机电一体化的系统解决方案，可进行点动、联动和自动控制，提高了拉丝机的自动化程度。同时，控制系统提供非常高的运算速度和控制精度，保证了拉丝的质量，具有很高的可靠性和性能价格比，在保证质量的同时，最大化的降低生产成本。
参 考 文 献
[1] 《HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC硬件手册》，杭州和利时自动化有限公司，2007.1
[2]《HOLLiAS LM系列PLC软件手册》，杭州和利时自动化有限公司，2008.1
[3] 《HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC指令手册》，杭州和利时自动化有限公司，2007.5
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