焊絲層繞機恒張力的技術改造

黃旭釗（廣東生和堂健康食品股份有限公司，廣東江門，529100）

焊絲層繞機恒張力的技術改造

黃旭釗
（廣東生和堂健康食品股份有限公司，廣東江門，529100）

本文通過對焊絲層繞機的工藝要求、控制系統的分析，闡述了在收放卷上應用PLC運算和PID調節的方式來控制變頻器，以實現恒速恒張力功能，改造后提升了機器的性能和工作效率，取得良好的效果。

恒速度；恒張力；PID調節

一客戶是焊業公司有兩臺舊式的的焊絲層繞機由于使用時間長且技術落后（被動放卷，靠摩擦力來控制張力，且不能反轉倒車），已經停用了一段時間。為舊物利用，要對那兩臺舊機進行技術改造。通過更改原機的控制方式，在放線機臺上增加一臺變頻電機作主動放卷，提高響應速度，而且還能實現倒車收線。排線機構使用步進電機，在浮輥上連接一個編碼器作位置檢測，以實現張力恒定。通過PLC計算和PID輔助調節，經模擬量輸出控制變頻器，以實現恒速恒張力的控制，提高生產質量和效率。

1　系統要求和分析

焊絲層繞機是典型的收放卷系統，主要是把經酸洗、鍍銅后的大盤焊絲分裝層繞到標準的塑盤上。機器改造后要求能準確計米、計重，誤差在0.5%以內；能自動減速停車；有斷線檢測自動停機功能；實現恒張力、恒線速控制；能夠反轉倒車收線，起停平穩，無斷絲。

現在的變頻器性能先進，起停曲線平滑良好，是傳動系統的首選。恒速恒張力的方法是：速度值=理論計算值+PID修正值。

2　系統的組成和運行

系統主要由收、放卷和張力機構組成，其結構如圖1所示。松開放卷上的剎車裝置，焊絲從放線盤拉出，在浮輥上纏繞3圈，以減少線速度波動帶來的張力變化?，F場稱浮輥的動輪叫舞輪，它與位置反饋編碼器連接，浮輥的高低變化會改變編碼器輸入到PLC的值，通過這個值的大小來反映浮輥位置的變化。使用張力反饋時一般設的位置值是浮輥中間位置，張力大小的調節是通過調節“張力調節氣缸”的氣壓來實現。過了浮輥，焊絲穿過測速輪，測速輪后面裝有一個同軸的10齒圓盤，每轉一圈向PLC輸入10個脈沖，可利用單位時間內輸入的脈沖數×測速輪周長/10，計算線速度。測速輪前有一個斷線檢測機構，斷線信號輸入到PLC立即執行停機程序。焊絲穿過一套校直排線機構，使用步進電機帶動，兩邊限位配合焊絲的直徑和收卷速度來回移動。焊絲的直徑可在觸摸屏上直接輸入準確數字，收卷盤上裝有轉速傳感器，能檢測到收卷盤的當前轉速和正反轉方向?？刂破鬟x用了三菱FX3U-64MT，外加一個2DA模塊。

圖1　系統示意圖

3　隨速和張力系統的設計

3.1收絲恒速控制。本系統一個重要的指標就是要求實際速度V和設定目標速度V0一致，并且恒定。先分析收卷方面，收卷盤的卷徑是不斷變化，控制轉速n的電壓信號要跟隨卷徑的增大而慢慢減少，要抓住這個變化規律才能控制好收卷速度的恒定?？梢岳霉?/p>

式中n為單位轉速，D是收卷盤直徑， V為單位線速度。在剛起速時，速度V=0，收卷塑盤的底徑D0是標準已知的，通過基本公式（3-1）的變形：n= V0/（π*D0），輸出控制收卷轉速的電壓信號，通過測V的反饋和PID運算，不斷調整轉速。

收卷過程中，直徑D不斷增大，當測速輪測到的速度值V= V0時，可用公式（3-1）的另一個變形D=V/（π*n）進行卷徑計算，而得知當前收卷盤直徑，再用當前的D值代入到轉速公式里，如此循環使收卷線速度恒定，成為一個無靜差調速系統。如果中途因故停機，會記錄著當前的直徑，重新起動時直接調用。當層繞一盤完成后換塑盤時會把當前直徑D復位為底徑D0。

3.2放絲恒張力控制。分析放卷有兩個方面，一個是和收卷線速度同步的速度控制，另一個就是恒張力控制。速度控制方面和收卷一樣根據公式（3-1）來控制，放卷的初始直徑也已知，放卷中其直徑不斷增大。當V=V0，且舞輪當前值C=設定值C0時，根據當前模擬量的值得知轉速n1，從而計算出當前直徑D1。運算過程為了提高準確性，需使用浮點運算。

張力控制上，通過張力氣缸的向上壓力、焊絲的張力和舞輪的自身重力的合力，構成一個平衡的系統。因同種焊絲時氣缸的壓力相同，忽略張力氣缸，可以把整個張力系統簡化成圖2。

圖2　張力系統簡化圖

V1是收卷線速度，它和設定目標速度已經構成閉環控制系統。V2是放卷線速度，和設定目標速度之間是開環控制。舞輪的移動則又線速度V1和V2決定。當V1＞V2時，舞輪上移，PLC接受到反饋需提升電機轉速，使放卷線速度V2上升與V1平衡舞輪也下移回到平衡位置；當V1＜V2時，舞輪下移，其控制過程應和上面相反；僅當V1=V2時，動輪處于平衡位置。PID控制必須穩定而迅速地完成上述控制過程。因為在穿線過程中，焊絲在浮輥上纏繞了3圈，使放卷線速度對舞輪位置的影響降低了3倍；在平衡位置的變化過程中，只要不是到了上下極限，氣缸壓力和舞輪的自身重力不變，那么焊絲的張力就不變，實現恒張力控制。在舞輪底部安裝一開關，既可以作為編碼器計數清零輸入，也可以作為斷線檢測的冗余輸入。

4　結語

從上述分析可以看出，張力閉環速度控制主要還是一個速度同步的恒線速度控制系統。經一段時間使用后，系統穩定、故障率低、可靠性高，滿足客戶的生產要求。

三菱電機 FX3U編程手冊（基本）應用指令說明書［M］.2009.

Technical improvement of constant tension of wire layer winding machine

Xu Zhao Huang
（Guangdong health food and health food Limited by Share Ltd Jiangmen Guangdong，529100）

In this paper，the process of layer of wire winding machine， control system analysis，elaborates the rollout in application of PLC operation and PID regulation way to control the frequency converter， in order to achieve constant speed constant tension function， after transformation， enhance the performance of the machine and working efficiency，achieve good results.

constant speed；constant tension；PID adjustment