Kinco伺服在金丝拉丝机上的应用

张彪

一. 概述

拉丝机系统是一个对速度的控制要求非常高的一种机械设备，要求控制系统能够提供非常精确、平滑的线速度。而用于拉金丝的拉丝机较普通的拉丝机要求更高。整个系统较复杂，控制设备多，各个电机之间要求很高的协调性。该系统采用4套伺服电机控制，而每套伺服之间均有实时数据交换，Kinco伺服支持的总线通讯能力完全可以满足各个轴之间的数据实时交互。

鉴于系统中要求快速的交互电机轴之间数据，为了确保排丝能够按照要求的算法快速计算出来轨迹并排丝到位，我们还充分利用了kinco伺服的内部firmware功能，通过驱动器自行计算，自行驱动电机排丝，极大省略了传统拉丝机控制系统通过控制器计算排丝位置然后再传输到驱动器造成的时间延误，确保了排丝延迟的最小化，下面简单介绍下这套系统。

二．系统框图

三．工艺流程

1．未拉的金丝通过一个阻力装置（主要是一个夹板之类的东西，它用来提供一定的张力，同时也起到了防止线跳的作用），然后进入细拉槽；

2． 进入细拉槽的金丝在细拉塔轮和微拉塔轮的多次拉制后（由粗变细），成为所需要的丝

（两个塔轮间的隔板安放了一个磨具，这个磨具的形状是“〕” ，即一边孔粗一边孔细）；

3． 拉细后的丝经过滑差轮，这个轮的作用主要是保持恒定张力；

4． 从滑差轮出来后的金丝经过测速论，测速轮的作用就是测出当前丝的线速度，用于反馈；

5．经过测速轮的金丝再经过一个中间环节，然后通过摆丝杆，最后把丝卷绕到收卷轮上；

四．系统控制框架

框架图：

整个系统要求的控制难点主要有以下4个部分：

1. 放丝伺服的恒线速度控制；

2. 调节伺服的跟随控制；

3. 卷绕伺服的恒线速度(恒张力)控制，即要求卷绕伺服在半径不断增大的情况下保持与调节伺服的线速度相等；

4. 摆丝伺服的位置控制；

由于系统要求具有CANopen总线通讯能力，综合考虑了国内各厂家现有的CANopen控制器方案后，我们选择了施耐德的Twido系列PLC及CANopen模块。

五．控制方案介绍

1．“放丝伺服”的恒线速度控制

该伺服电机的控制采用带加减速的控制模式（Kinco伺服的速度3模式）来完成。对于该系统来说，要求主轴放丝电机能够最大程度上抗干扰，并尽量在一个稳定的速度下运行，并且由于拉丝工艺的要求，必须确保在起到和停止时具备平滑的加减速功能。驱动器工作在速度3模式下，完全可以满足要求极其稳定的速度控制要求。

2．“调节伺服”的跟随控制

该伺服电机的控制采用跟随控制模式（-4模式）来完成。 对该电机控制要求极高，其速度需要完全跟随放丝电机来运行，如果出现了较大偏差，金丝就会被拉断，而这对金丝拉制是绝不允许的！。Kinco伺服驱动器在“-4”模式下工作时，拥有非常精确、灵敏的速度跟随性，不但可以满足严格的跟随要求，同时可以动态修改跟随齿轮比来实现线速度在5%之间波动（确保张力）。

3．卷绕伺服的恒线速度(恒张力)控制

该电机的控制是整个系统的重中之重，要想绕出来的线平滑、不塌边，那么就要求卷绕电机的线速度与调节电机的线速度相等。而要实现恒线速度控制，必须通过一个反馈回路来检测实际的绕线轮的线速度，客户过去的系统采用张力杆来完成的，张力杆反馈回去的是个张力信号，而且张力杆还有个中间过渡环节，如果卷绕电机的线速度与调节电机的线速度相差比较大时，通过机械结构先行补偿，然后再加上电气补偿，这就相当于两个补偿环节，减小了断线的机率。这样的系统在目前很多拉丝机中使用。而当前这台拉丝机是专门用来拉金丝的，金丝表面要求很高的洁净度，需要尽量减少中间过度环节，所以客户取消了张力杆，而直接采用了测速轮来作为反馈回路。这样就增加了控制难道。

首先，我们通过信号采集到测速轮的线速度，然后通过和调节轮的线速度进行比较后并通过我们的PID计算，最终将计算结果补充到当前卷绕轮速度上去。除通过实时PID计算补充卷绕轮的转速外，在控制卷绕轮转速时，我们还通过计算绕线的层数做为计算的基础，从而确保了卷绕轮不会因为直径的不断增加而导致误差的增加。

4． 摆丝伺服的位置控制

摆丝伺服的控制主要是保证绕制出来的线均匀的排列在线轴上，下图是要求的排丝效果图：

该电机控制的难点就在于换向部分，为了在换向处平滑过度，而不出现螺纹，电机在换向的时候要确保避免累加误差，由于Kinco伺服的绝对定位模式，利用firmware内部计算，确保了绝对定位在最后一圈内完成。

六．结束语

目前该系统已经投产，且连续运行了约2个月时间，效果良好。拉制3丝（成品直径）的金丝时主轴速度可以达到400rpm，这比采用张力杆反馈回路的机器拉制的金丝直径提高了近5丝，速度快了近70rpm，且拉制出的金丝表面平整光滑，完全符合客户要求。