PLC在直线式拉丝机控制系统中的应用
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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 示 。金属 线缆 的放 线 所
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 。
处理 复杂 的数据 运算 、实现 较 强的逻 辑控制 功 能和
丝机控制系统设计 中采用三菱Ｆ — ７ ０ Ｒ Ｄ ０ 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 。 （ 监控部分 四） 监控部分采威纶Ｍ ５ ０ 系列触摸屏 ，配 以 自带的 Ｔ００
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
’ 图 ２ 拉 丝 机 系统 框 图
该 拉 丝 机 系 统 采 用 先 进 的 Ｐ Ｃ 制 方 式 。其 中Ｐ Ｃ Ｌ控 Ｌ
速恒 定。
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Ｐ Ｃ Ｌ 在直 进式拉丝机 自动控 制系统 中的应
用 ，通 过Ｐ Ｃ Ｌ 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ＰＤ Ｉ 闭环控制、定长控制等功能 。
集一 ０ ～＋ Ｏ 电压信号或者４ ０Ａ ２ ￣２ｍ 电流 ｌＶ １Ｖ ￣２ｍ 或一 ０ ０Ａ 信号，每个通道 都可进行Ａ 转换 ，分辩率为 １位， 内 Ｄ ２ 部有３ 个ｌ 位的缓冲寄存器 （Ｍ ），用于与Ｐ Ｃ ２ ６ ＢＦ Ｌ 交换 数据 。Ｆ ２ － Ｄ 型模拟输 出模 块用 于ｌ位 的将数字量 ＸＮ２Ａ ２
【 ２ 】吕文 良．Ｌ 系列 Ｐ Ｃ在 直 线 式拉 丝 机 上 的 应 用 Ｕ、 Ｍ Ｌ 】 Ｐ Ｃ＆ Ａ，０９ （ Ｌ Ｆ ２０ ， ９
［ 李豫 基 于台达机 电技 术的三联 直进式金 属拉 丝机 Ｕ＿ ３ 】 】
可编程控制器与工厂 自 动化 ，０７ （ ２０ ， ９
监控组态 软件Ｅ ５ ０ 来完成 。Ｍ ５ ０ 系列是威纶通公 Ｖ００ Ｔ００
动化程 度 。文 章主要 介 绍用 Ｐ Ｃ 构成拉 丝机 控 制 系统的设 计 方法和 设计 思路 。 Ｌ
关 键词 ： 丝机 ； Ｌ 变频 器 ； 拉 ＰＣ 触摸 屏
中图分 类号 ： ＴＧ３ ５ ５
文 献标识 码 ： Ａ
文 章编 号 ： ０ ９ ２ ７ ２ １ ０ — ０ ３ ０ １ ０ — ３ ４（ ０ ２） ６ ０ ６ — ２
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 的交频控制实现 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Ｐ Ｃ Ｌ 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 “ 中管理 ，分散控制 ，管控一体化 ”的设 集
（ ） Ｌ 一 Ｐ Ｃ部 分
采 用三菱 公司的Ｆ ２ 一 ８ Ｒ Ｌ ，该Ｐ Ｃ Ｘ Ｎ ４ Ｍ 型Ｐ Ｃ Ｌ 输入２ ４ 点，输 出２ 点，继 电器输 出型 ，可连接多种特殊 功能 ４ 扩展模块 实现 多种特殊控制功能 ，可设定控制参数，
电机具有较高 的启动转矩 ，在拉最大线径时也要能有
业职业技 术学院， 究方向： 研 电气控制技术与 Ｐ Ｃ控制技术。 Ｌ
（ 责任 编 辑 ： 周加转 ）
电机的操作通过变频器驱动放线 电机 ，配合 拉丝环 节
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
ＰＣ Ｌ 控制程序 。
２ １ ２ ｏ 中闯 新技 金 ． ２０ ０ 高 术 趾 ６ ３
四 、结 语
采用三菱Ｆ ２ 一 ８ Ｒ Ｘ Ｎ ４ Ｍ 可编程控制 器、威纶触摸 屏 以及三菱Ｆ — ７ ０ Ｒ Ｄ ０ 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
（ 模拟 量模块 二） Ｆ ２ 一 Ａ 模 拟 量 输 入 模 块 有 四 个 通 道 ， 采 Ｘ Ｎ ４Ｄ
计 理念 。ｏ
参考文献
［ １ 】艾默生工业 自动化 （ 中国） Ｃ２ Ｌ 系列在拉丝机上的 ．Ｅ ０Ｐ Ｃ
应 用 Ⅲ．可 编程 控 制 器与 工厂 自动化 ，０ ８（ ） ２ ０ ， １．
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Ｐ Ｄ Ｉ 闭环控制 。 （ 变频器 三） 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
（ ） 统 调 试 五 系
ｌ力器 传ｌ Ｉ感
广
Ｆ Ｎ ８ 咀 Ｘ２ ＿４ ｌ
ｌ
Ｆ ４ Ｄ Ｆｇ Ｎ一 ｋ 础 ＾ ２ ２Ｄ
审 唪
图 ３ 拉丝机 Ｐ ＬＣ 控 制 系统 图
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 ＰＤ Ｉ调整后的输 出作为辅助给定 ，启动要求第一道拉丝
ＰＤ Ｉ 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 。
ＰＣ Ｌ 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Ｆ ２ 一 Ａ ￣ 模拟 ＸＮ４Ｄ［ Ｉ 量输 出模块Ｆ ２ 一Ｄ 。 ＸＮ ２Ａ
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
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
三 、系统 设计
拉丝机Ｐ Ｃ Ｌ 控制系统图如 图３ 所示；
＾机再面 ｌ 括砸开关
可 以用作连 接Ｐ 的编程 口和设置 口。Ｅ ５ ０ 监控组 Ｃ Ｖ０ ０
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 。
司全新一代 的工业嵌 入式触摸屏人机 界面 ，有２ 九 个
针 通 讯 端 口支 持 Ｒ ２ ２ ４ ５ ４ ２ 的工 控 设 备 外 ，还 Ｓ ３／８／２
６ ｏ 中闺高新技 洲 ：２ １ ２ ４ ０ ２０
作者简介 ： 詹昌义（９１ ） 安徽潜山人， 于安徽 工 １ 一， ８ 男， 供职
图 １ 拉 丝 机 的 基 本 工 作 工程
频 器 在 Ｐ Ｃ 制 下 可 对 各 电机 进 行 平 滑 无 级 调 速 ， 实 Ｌ控
现 了拉丝机工作过程中的多种动作与功能 。
二 、拉 丝机 Ｐ Ｃ控制 系统 介绍 Ｌ
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 示 。放 线 所
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 。
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
Ｐ Ｃ在直线 式拉 丝机控制 系统 中的应用 Ｌ
詹 昌义
（ 徽 工 业职 业 技 术 学 院 ， 安 安徽 铜 陵 ２ ４ ０ ４ ０ ０）
摘要 ： 文章在直线式拉 丝机工艺原理 的基础上，介绍 Ｐ Ｃ在控制 系统 中的应 用，辅 以触摸屏 以及变频器， Ｌ
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
、
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 示 。金属 线缆 的放 线 所
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 。
处理 复杂 的数据 运算 、实现 较 强的逻 辑控制 功 能和
丝机控制系统设计 中采用三菱Ｆ — ７ ０ Ｒ Ｄ ０ 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 。 （ 监控部分 四） 监控部分采威纶Ｍ ５ ０ 系列触摸屏 ，配 以 自带的 Ｔ００
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
’ 图 ２ 拉 丝 机 系统 框 图
该 拉 丝 机 系 统 采 用 先 进 的 Ｐ Ｃ 制 方 式 。其 中Ｐ Ｃ Ｌ控 Ｌ
速恒 定。
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Ｐ Ｃ Ｌ 在直 进式拉丝机 自动控 制系统 中的应
用 ，通 过Ｐ Ｃ Ｌ 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ＰＤ Ｉ 闭环控制、定长控制等功能 。
集一 ０ ～＋ Ｏ 电压信号或者４ ０Ａ ２ ￣２ｍ 电流 ｌＶ １Ｖ ￣２ｍ 或一 ０ ０Ａ 信号，每个通道 都可进行Ａ 转换 ，分辩率为 １位， 内 Ｄ ２ 部有３ 个ｌ 位的缓冲寄存器 （Ｍ ），用于与Ｐ Ｃ ２ ６ ＢＦ Ｌ 交换 数据 。Ｆ ２ － Ｄ 型模拟输 出模 块用 于ｌ位 的将数字量 ＸＮ２Ａ ２
【 ２ 】吕文 良．Ｌ 系列 Ｐ Ｃ在 直 线 式拉 丝 机 上 的 应 用 Ｕ、 Ｍ Ｌ 】 Ｐ Ｃ＆ Ａ，０９ （ Ｌ Ｆ ２０ ， ９
［ 李豫 基 于台达机 电技 术的三联 直进式金 属拉 丝机 Ｕ＿ ３ 】 】
可编程控制器与工厂 自 动化 ，０７ （ ２０ ， ９
监控组态 软件Ｅ ５ ０ 来完成 。Ｍ ５ ０ 系列是威纶通公 Ｖ００ Ｔ００
动化程 度 。文 章主要 介 绍用 Ｐ Ｃ 构成拉 丝机 控 制 系统的设 计 方法和 设计 思路 。 Ｌ
关 键词 ： 丝机 ； Ｌ 变频 器 ； 拉 ＰＣ 触摸 屏
中图分 类号 ： ＴＧ３ ５ ５
文 献标识 码 ： Ａ
文 章编 号 ： ０ ９ ２ ７ ２ １ ０ — ０ ３ ０ １ ０ — ３ ４（ ０ ２） ６ ０ ６ — ２
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 的交频控制实现 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Ｐ Ｃ Ｌ 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 “ 中管理 ，分散控制 ，管控一体化 ”的设 集
（ ） Ｌ 一 Ｐ Ｃ部 分
采 用三菱 公司的Ｆ ２ 一 ８ Ｒ Ｌ ，该Ｐ Ｃ Ｘ Ｎ ４ Ｍ 型Ｐ Ｃ Ｌ 输入２ ４ 点，输 出２ 点，继 电器输 出型 ，可连接多种特殊 功能 ４ 扩展模块 实现 多种特殊控制功能 ，可设定控制参数，
电机具有较高 的启动转矩 ，在拉最大线径时也要能有
业职业技 术学院， 究方向： 研 电气控制技术与 Ｐ Ｃ控制技术。 Ｌ
（ 责任 编 辑 ： 周加转 ）
电机的操作通过变频器驱动放线 电机 ，配合 拉丝环 节
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
ＰＣ Ｌ 控制程序 。
２ １ ２ ｏ 中闯 新技 金 ． ２０ ０ 高 术 趾 ６ ３
四 、结 语
采用三菱Ｆ ２ 一 ８ Ｒ Ｘ Ｎ ４ Ｍ 可编程控制 器、威纶触摸 屏 以及三菱Ｆ — ７ ０ Ｒ Ｄ ０ 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
（ 模拟 量模块 二） Ｆ ２ 一 Ａ 模 拟 量 输 入 模 块 有 四 个 通 道 ， 采 Ｘ Ｎ ４Ｄ
计 理念 。ｏ
参考文献
［ １ 】艾默生工业 自动化 （ 中国） Ｃ２ Ｌ 系列在拉丝机上的 ．Ｅ ０Ｐ Ｃ
应 用 Ⅲ．可 编程 控 制 器与 工厂 自动化 ，０ ８（ ） ２ ０ ， １．
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Ｐ Ｄ Ｉ 闭环控制 。 （ 变频器 三） 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
（ ） 统 调 试 五 系
ｌ力器 传ｌ Ｉ感
广
Ｆ Ｎ ８ 咀 Ｘ２ ＿４ ｌ
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Ｆ ４ Ｄ Ｆｇ Ｎ一 ｋ 础 ＾ ２ ２Ｄ
审 唪
图 ３ 拉丝机 Ｐ ＬＣ 控 制 系统 图
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 ＰＤ Ｉ调整后的输 出作为辅助给定 ，启动要求第一道拉丝
ＰＤ Ｉ 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 。
ＰＣ Ｌ 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Ｆ ２ 一 Ａ ￣ 模拟 ＸＮ４Ｄ［ Ｉ 量输 出模块Ｆ ２ 一Ｄ 。 ＸＮ ２Ａ
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
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
三 、系统 设计
拉丝机Ｐ Ｃ Ｌ 控制系统图如 图３ 所示；
＾机再面 ｌ 括砸开关
可 以用作连 接Ｐ 的编程 口和设置 口。Ｅ ５ ０ 监控组 Ｃ Ｖ０ ０
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 。
司全新一代 的工业嵌 入式触摸屏人机 界面 ，有２ 九 个
针 通 讯 端 口支 持 Ｒ ２ ２ ４ ５ ４ ２ 的工 控 设 备 外 ，还 Ｓ ３／８／２
６ ｏ 中闺高新技 洲 ：２ １ ２ ４ ０ ２０
作者简介 ： 詹昌义（９１ ） 安徽潜山人， 于安徽 工 １ 一， ８ 男， 供职
图 １ 拉 丝 机 的 基 本 工 作 工程
频 器 在 Ｐ Ｃ 制 下 可 对 各 电机 进 行 平 滑 无 级 调 速 ， 实 Ｌ控
现 了拉丝机工作过程中的多种动作与功能 。
二 、拉 丝机 Ｐ Ｃ控制 系统 介绍 Ｌ
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 示 。放 线 所
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 。
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
Ｐ Ｃ在直线 式拉 丝机控制 系统 中的应用 Ｌ
詹 昌义
（ 徽 工 业职 业 技 术 学 院 ， 安 安徽 铜 陵 ２ ４ ０ ４ ０ ０）
摘要 ： 文章在直线式拉 丝机工艺原理 的基础上，介绍 Ｐ Ｃ在控制 系统 中的应 用，辅 以触摸屏 以及变频器， Ｌ
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