何邦庆
广州市鸿辉电工机械有限公司
摘要：高速绞线机是电线电缆机械，它的用途主要是多股祼铜丝、镀银线、镀锡线、漆包线、铜包钢线等线材进线绞合加工。高速绞线机的绞线原理：穿过机器绞弓的线材由绞弓周围运动和牵引轮的共同作用，使得单根线螺旋形缠绕在一起，不同规格不同根数的丝线按一对一的排列顺序和节距绞合在一起形成绞合线。单线沿着绞线的方向上每相隔固定距离出现一次，此相隔的固定距离即为绞线是的节距。绞距的另外一个定义是：指被绞合线体沿绞合轴向每旋转360度后其前行的垂直距离，单位为mm
关键词：绞线机、电线电缆机械、节距
前言
随着社会进步，科学技术的发展创新，对绞合线提出了更高的要求。目前，大部分绞线机是通过接触器、继电器加变频器控制主机，节距采用更换牵引轮换距齿轮的方式。这种方式的缺点是：因机器内部空间小更换节距齿轮麻烦，更换时间较长，常期的更换齿轮容易导致齿轮磨损、固定齿轮的螺丝滑牙，甚至掉落会造成机器损坏；节距的数目不多（一般只有十几个节距数），收线装置采用机械式摩擦盘控制张力，张力难以控制，张力精度差。已经不适应时代和市场需求。
设计的目的
1. 设计的目的是改善操作人员操作绞线机时的方便舒适性，通过人机介面使操作人员更加直观地了解设备的工作状况，数字式的设定更加精准地控制机器速度、收线张力等。
2. 提高设备的自动化、智能化性能，减少维护。
3. 可以任意调节节距值，（0-60mm无级调节）节距精度2%以内。
设计方案
基于联网PLC伺服控制系统的高精度电子绞距绞线机的设计
1. 操作介面使用触摸屏作为人机对话的介面
2. 牵引驱动采用交流伺服电机控制
2.1 采用交流伺服的原因：
由于内部空间的限制，用异步电动机或直流伺服电机控制牵引轮都会碰到安装空间的问题，交流伺服电机相对上述两种方式具有体积孝精度高、特性硬等优点。
运用伺服控制系统的目的是减少操作员操作的难度，减轻工作量，它代替了以前更换节距齿轮用伺服电机直接驱动牵引轮转动，达到控制节距的无级调节的作用。根据绞线机的工作原理得知主轴速度与牵引轮的速度关系为：主轴实际转速×2倍节距=牵引轮速度×牵引轮周长。首先通过从站PLC经由主轴编码器测出主轴的实际转速，再经过主轴速度与牵引轮的速度关系输出脉冲控制伺服电机转速。
2.2 交流伺服的简介
伺服系统：是便物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理。使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所有收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，其主要特点是：当信号电压为零时，无自转现象，转速随着控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。
3 收线机械选择磁粉离合器控制张力
3.1 采用磁粉离合器控制张力的原因：
磁粉离合器具有高精度的转矩控制，控制范围广，优越的耐久性、稳定性、寿命长、免保养。
采用磁粉离合器控制收线张力，使张力调节精准、方便、直观。能够恒张力卷取收线。
3.2 磁粉离合器的简介及特点
磁粉离合器是由传动单元和从动单元合并而成。在两组单元之间的空间真有力转的磁粉，当磁性线圈不导电时，转矩不会从传动轴传于从动轴，但如将线圈电磁通电就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现象，在连续滑动之间把转矩传达。
4 主轴速度和牵引速度关联选择双PLC联网控制+编码器反馈
4.1 采用双PLC控制的原因
采用双PLC控制的原因：绞线机由机架、主轴、绞弓和内部摇架组成的。摇架内部的电信号需要通过铜环、碳刷导电方式进行传输，受机体结构的影响，铜环数目的影响，（一般不超过七道铜环），以及为了控制节距的精度信号的传输。所以选择双PLC控制方式。CP1H-XA40DR-A 在机器外部电气控制柜，CP1L-L14DT-A在内部摇架。
4.2 采用编码器反馈的原因：节距形成是由主轴速度、牵引轮速度按一定的比例形成的，为了获取高精 度的主轴实际速度信号，所以采用编码器速度采样的方式。
4.3 PC LinK 通讯功能简介
PC Link是欧姆龙PLC专有的串行通讯协议。在最大9台 （主站1台，从站最大8台）的CPU单元间，每1台单元享最大10CH的数据。使用RS-422A/485选件板（CP1W-CIF11)通过RS 4222A/485进行通讯，或者使用RS-232C选件板（CP1W-CIF01）按照1：1进行通讯。也可以接入PC Link链接CJ1M CPU单元。另外，将NT链接（1：N）中设定PT可作为从站，接入PC Link。.(注：串行PLC链接仅可使用串口1或2的任何一个不可同时使用）
5 电气控制示意图
方案实施
1 触摸屏设置与功能
1.1 触摸屏设置
1.2 触摸屏功能
触摸作为人机对话的介面，通过触摸屏画面可以对系统进行操作，直观的了解系统工作的各种工艺参数，如：速度、米数、节距以及故障信息显示、功能开关工艺、数据记录等。
2 主机速度控制
控制主机运行的PLC是欧姆龙 CP1H-XA40DR-A，其自带4路模拟量输入，2路模拟量输出通过触摸屏设定主机的速度结合。PLC模拟量输出分辨率，转换成对应的输出，电压控制变频器速度调节电压，变频器的启停依靠PLC I/O输出点控制。
3 收线张力控制
收线张力有自动跟踪功能（也就恒张力控制），在收卷过程中，其收线轮的半径是在不断增大的，这就要求磁粉离合器的转距也是逐渐增大的，（转距=张力与半径的成绩）通过卷径计算得到卷径的即时数据。再根据张力基本恒定可得到即时磁粉离合器的转距，附图
4. PLC间通讯
4.1 通讯设定
4.2 连接示意图
4.3 数据交换示意图
根据欧姆龙用户手册，如果两个omron PLC通过PC Link 连接构成1：1链接，它们可以无需编程自动进行数据交换，实现的数据区为LR区，其中一台设为主站，另一台设为从站。主站PLC发送的数据为①节距设定值 ②伺服故障复位信号，接收数据为①伺服故障信号。从站PLC发送数据为伺服故障值，接收为①节距设定值②伺服故障复位信号示意图如下：
5.2 伺服驱动器参数与接线
附图：伺服驱动器，连接器×4的接线图和参数设置
结论
该系统自2016年设计、调式、运行。系统达到了预期的设计目标，能够平稳的运行在最高速度，恒张力控制平稳、节距误差小（控制在1.5%以内）。附测试节距表
感谢广州鸿辉电工机械有限公司同仁周小红、何邦双、梁裕廷等在论文制作过程中对我的帮助和指导。
参考文献
1. MD280系列变频器用户手册>
2. 2. PANASONIC 交流伺服马达.驱动器使用说明书>
3. omron CJ系列用户手册>
4. 张云廉. 电线电缆机械设备(第2册) [M ]. 北京: 机械工业出版社, 1993
论文作者:何邦庆
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
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