一. 概述

拉絲機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)對速度的控制要求非常高的一種機(jī)械設(shè)備，要求控制系統(tǒng)能夠提供非常精確、平滑的線速度。而用于拉金絲的拉絲機(jī)較普通的拉絲機(jī)要求更高。整個(gè)系統(tǒng)較復(fù)雜，控制設(shè)備多，各個(gè)電機(jī)之間要求很高的協(xié)調(diào)性。該系統(tǒng)采用4套伺服電機(jī)控制，而每套伺服之間均有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，Kinco伺服支持的總線通訊能力完全可以滿足各個(gè)軸之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互。

鑒于系統(tǒng)中要求快速的交互電機(jī)軸之間數(shù)據(jù)，為了確保排絲能夠按照要求的算法快速計(jì)算出來軌跡并排絲到位，我們還充分利用了kinco伺服的內(nèi)部firmware功能，通過驅(qū)動(dòng)器自行計(jì)算，自行驅(qū)動(dòng)電機(jī)排絲，極大省略了傳統(tǒng)拉絲機(jī)控制系統(tǒng)通過控制器計(jì)算排絲位置然后再傳輸?shù)津?qū)動(dòng)器造成的時(shí)間延誤，確保了排絲延遲的最小化，下面簡單介紹下這套系統(tǒng)。

二．系統(tǒng)框圖

三．工藝流程

1．未拉的金絲通過一個(gè)阻力裝置（主要是一個(gè)夾板之類的東西，它用來提供一定的張力，同時(shí)也起到了防止線跳的作用），然后進(jìn)入細(xì)拉槽；

2．進(jìn)入細(xì)拉槽的金絲在細(xì)拉塔輪和微拉塔輪的多次拉制后（由粗變細(xì)），成為所需要的絲（兩個(gè)塔輪間的隔板安放了一個(gè)磨具，這個(gè)磨具的形狀是“〕” ，即一邊孔粗一邊孔細(xì)）；

3．拉細(xì)后的絲經(jīng)過滑差輪，這個(gè)輪的作用主要是保持恒定張力；

4．從滑差輪出來后的金絲經(jīng)過測速論，測速輪的作用就是測出當(dāng)前絲的線速度，用于反饋；

5．經(jīng)過測速輪的金絲再經(jīng)過一個(gè)中間環(huán)節(jié)，然后通過擺絲桿，最后把絲卷繞到收卷輪上；

四．系統(tǒng)控制框架

框架圖：

整個(gè)系統(tǒng)要求的控制難點(diǎn)主要有以下4個(gè)部分：

1. 放絲伺服的恒線速度控制；
2. 調(diào)節(jié)伺服的跟隨控制；
3. 卷繞伺服的恒線速度（恒張力）控制，即要求卷繞伺服在半徑不斷增大的情況下保持與調(diào)節(jié)伺服的線速度相等；
4. 擺絲伺服的位置控制；

由于系統(tǒng)要求具有CANopen總線通訊能力，綜合考慮了國內(nèi)各廠家現(xiàn)有的CANopen控制器方案后，我們選擇了施耐德的Twido系列PLC及CANopen模塊。

五．控制方案介紹

1．“放絲伺服”的恒線速度控制

該伺服電機(jī)的控制采用帶加減速的控制模式（Kinco伺服的速度3模式）來完成。對于該系統(tǒng)來說，要求主軸放絲電機(jī)能夠最大程度上抗干擾，并盡量在一個(gè)穩(wěn)定的速度下運(yùn)行，并且由于拉絲工藝的要求，必須確保在起到和停止時(shí)具備平滑的加減速功能。驅(qū)動(dòng)器工作在速度3模式下，完全可以滿足要求極其穩(wěn)定的速度控制要求。

2．“調(diào)節(jié)伺服”的跟隨控制

該伺服電機(jī)的控制采用跟隨控制模式（-4模式）來完成。 對該電機(jī)控制要求極高，其速度需要完全跟隨放絲電機(jī)來運(yùn)行，如果出現(xiàn)了較大偏差，金絲就會(huì)被拉斷，而這對金絲拉制是絕不允許的！。Kinco伺服驅(qū)動(dòng)器在“-4”模式下工作時(shí)，擁有非常精確、靈敏的速度跟隨性，不但可以滿足嚴(yán)格的跟隨要求，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)修改跟隨齒輪比來實(shí)現(xiàn)線速度在±5%之間波動(dòng)（確保張力）。

3．卷繞伺服的恒線速度（恒張力）控制

該電機(jī)的控制是整個(gè)系統(tǒng)的重中之重，要想繞出來的線平滑、不塌邊，那么就要求卷繞電機(jī)的線速度與調(diào)節(jié)電機(jī)的線速度相等。而要實(shí)現(xiàn)恒線速度控制，必須通過一個(gè)反饋回路來檢測實(shí)際的繞線輪的線速度，客戶過去的系統(tǒng)采用張力桿來完成的，張力桿反饋回去的是個(gè)張力信號，而且張力桿還有個(gè)中間過渡環(huán)節(jié)，如果卷繞電機(jī)的線速度與調(diào)節(jié)電機(jī)的線速度相差比較大時(shí)，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)先行補(bǔ)償，然后再加上電氣補(bǔ)償，這就相當(dāng)于兩個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，減小了斷線的機(jī)率。這樣的系統(tǒng)在目前很多拉絲機(jī)中使用。而當(dāng)前這臺(tái)拉絲機(jī)是專門用來拉金絲的，金絲表面要求很高的潔凈度，需要盡量減少中間過度環(huán)節(jié)，所以客戶取消了張力桿，而直接采用了測速輪來作為反饋回路。這樣就增加了控制難道。

首先，我們通過信號采集到測速輪的線速度，然后通過和調(diào)節(jié)輪的線速度進(jìn)行比較后并通過我們的PID計(jì)算，最終將計(jì)算結(jié)果補(bǔ)充到當(dāng)前卷繞輪速度上去。除通過實(shí)時(shí)PID計(jì)算補(bǔ)充卷繞輪的轉(zhuǎn)速外，在控制卷繞輪轉(zhuǎn)速時(shí)，我們還通過計(jì)算繞線的層數(shù)做為計(jì)算的基礎(chǔ)，從而確保了卷繞輪不會(huì)因?yàn)橹睆降牟粩嘣黾佣鴮?dǎo)致誤差的增加。

4．?dāng)[絲伺服的位置控制

擺絲伺服的控制主要是保證繞制出來的線均勻的排列在線軸上，下圖是要求的排絲效果圖：

該電機(jī)控制的難點(diǎn)就在于換向部分，為了在換向處平滑過度，而不出現(xiàn)螺紋，電機(jī)在換向的時(shí)候要確保避免累加誤差，由于Kinco伺服的絕對定位模式，利用firmware內(nèi)部計(jì)算，確保了絕對定位在最后一圈內(nèi)完成。

六．結(jié)束語

目前該系統(tǒng)已經(jīng)投產(chǎn)，且連續(xù)運(yùn)行了約2個(gè)月時(shí)間，效果良好。拉制3絲（成品直徑）的金絲時(shí)主軸速度可以達(dá)到400rpm，這比采用張力桿反饋回路的機(jī)器拉制的金絲直徑提高了近5絲，速度快了近70rpm，且拉制出的金絲表面平整光滑，完全符合客戶要求。(end)