基于PLC 的收排线机恒张力控制系统的设计
７０基于ＰＬＣ的收排线机恒张力控制系统的设计
基于ＰＬＣ的收排线机恒张力控制系统的设计
ＤｅｓｉｇｎｏｆＰａｙ－ｏｆｆａｎｄＴａｋｅ－ｕｐＤｅｖｉｃｅｏｆＷｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰＬＣ
伍
义
徐振越
李俊强（大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连１１６０２８）
摘
统的ＰＩＤ实现及参数整定。
关键词：连续挤压，收排线机，ＰＬＣ，恒张力控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅｓｙｅｔｅｍｏｆｐａｙ－ｏｆｆａｎｄｔａｋｅ－ｕｐｄｅｖｉｃｅｏｆｗｉｒｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｉｎ４００ｃｏｎｔｉｎｏｕｓｅｘｔｒｕｓｉｏｎｌｉｎｅｂａｓｅｄｏｎＰＬＣ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｄｅｆｉｎｉｔｅｌｙｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｅｎｔｉｒｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｓｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｂｙｕｓｉｎｇＰＩＤ，ｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｄａｄｊｕｓｔｓ
ｓｐａｒａｍｅｔｅｒ．ｔｈｅＰＩＤ′
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｏｕｓｅｘｔｒｕｓｉｏｎ，ｐａｙ－ｏｆｆａｎｄｔａｋｅ－ｕｐｄｅｖｉｃｅｏｆｗｉｒｅ，ＰＬＣ，ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ
要
设计了一种基于ＰＬＣ的４００型连续挤压生产线收排线机的恒张力控制系统，具体介绍整个系统的构成，恒张力控制系
１控制方法的比较选择
４００型连续挤压生产线由放线装置，矫直、送料和剪断装
置，清洗、清理装置，ＴＬＪ４００连续挤压（包括ＴＬＪ４００连续挤压、
液压站、润滑站、工装冷却装置、调速柜和控制柜等），控制台，产品冷却与防氧化装置，计米装置，涂油装置，摆臂装置，支架，收排线机等设备组成。其中收排线机是本文的研究的重点。由挤压机挤出来的成品经产品冷却与防氧化装置，计米装置后到达收排线系统，保证其系统稳定的最关键的是保证线缆张力的稳定。
目前能实现恒张力控制的方法大致有如下几种，各自存在优缺点。
优点：设备简单、价格便宜、可正１）力矩电机加驱动控制器。反转；缺点：张力控制不稳定、线性不好。
图１
ＰＬＣ恒张力控制系统
２）磁粉制动器／磁粉离合器张力控制。优点：张力及速度可
调，张力稳定性比力矩电机稍强，适用范围比力矩电机广；缺点：需要调速单元（如变频器、直流调速器）及张力控制仪，增加成本，而且磁粉制动器／磁粉离合器的可靠性差、发热严重，功率大的还需要冷却水，因此故障率高，维修成本大（经常需要更换磁粉）。
０．５％。励磁电源电路包括触发脉冲电路，单相电源整流和失磁，
用来把ＰＬＣ输出的调节量换成直流电源输入到直流电机的励磁线圈中。５９０直流调速器用于把ＰＬＣ输出的调节量经过５９０
直流调速器内部的运算后变成直流电流和电压信号输入到电机中，其中５９０直流调速器内部本身也是一个闭环的ＰＩＤ控制系统。驱整流电路将ＰＬＣ输出的调节量转换为直流电流的反馈信号输入到５９０直流调速器构成闭环控制系统。
间接控制张力的方式是控制电机转速恒定，根据公式（１）：
Ｐ＝Ｆ×Ｖ
（１）（２）
３）直接张力闭环控制。优点：张力控制平稳，张力可调；缺
点：电气设备复杂，需要调速单元，张力控制仪及张力传感器，且电气调速单元要求响应快，因此设备初期投资大，价格昂贵，另外，系统容易振荡。
优点：张力和速度均线性可调，精度较高，４）间接张力控制。
方向可正反转；缺点：设备成本比磁粉制动器／磁粉离合器张力控制和直接张力控制较低，但还是较高。另外调试较复杂，有的甚至需要专业的调试工具及调试软件。
本文中所采用的是第四种控制方法———间接张力控制：无张力传感器的闭环控制系统，利用其张力和速度可调的优点。
其中Ｐ－功率Ｖ－卷轴线速度Ｆ－张力
Ｖ＝πＤｎ／６０
Ｄ－收线过程中的实时卷径ｎ－电机轴输出转速
而
ｎ＝Ｅ
ｎ"
ａａ０
０
（３）
Ｅａ－开路电驱电压Ｅａ０－额定端电压ｎ０－额定转速
Ｅａ＝Ｕ１－ＩａＲａ
（４）
Ｉａ－电机电驱电流Ｒａ－电驱电阻Ｕ１－端电压
将（４）式带入（３）中得：ｎ＝
Ｕ１－ＩａＲａ
ｎ０
ａ０
（５）
２ＰＬＣ恒张力控制系统２．１系统的组成及工作原理
ＰＬＣ恒张力控制系统的组成框图如１所示。
系统的输入和输出量都是模拟量，而ＰＬＣ的ＣＰＵ只能处理数字量，我们需要用模拟量扩展输入模块ＥＭ２３５来进行Ａ／Ｄ转换，用模拟量扩展输出模块ＥＭ２３２来进行Ｄ／Ａ转换，它们都是１２位４通道变换模块，相对于最大值，精度最大可达
将（５）式带入（２）中合并带入（１）得：Ｆ＝Ｐ
６０Ｅａ０
（６）
πＤｎ０（１ａａ）
由（６）式可知，在保证其他参数不变的前提下，随着收线过程中排线的增加，卷轴的实时直径也随着增加，要保证收线张力的恒定，需要增加电驱电流。同时由（５）式可得，在保证其他参数不变的情况下，增加电驱电流，就会降低电机转速。
工作时ＰＬＣ根据设定的线速度值和测量的线速值的电流