Kinco伺服在金絲拉絲機上的應用

　　一. 概述
　　拉絲機系統是一個對速度的控制要求非常高的一種機械設備，要求控制系統能夠提供非常精確、平滑的線速度。而用于拉金絲的拉絲機較普通的拉絲機要求更高。整個系統較復雜，控制設備多，各個電機之間要求很高的協調性。該系統采用4套伺服電機控制，而每套伺服之間均有實時數據交換，Kinco伺服支持的總線通訊能力完全可以滿足各個軸之間的數據實時交互。
　　鑒于系統中要求快速的交互電機軸之間數據，為了確保排絲能夠按照要求的算法快速計算出來軌跡并排絲到位，我們還充分利用了kinco伺服的內部firmware功能，通過驅動器自行計算，自行驅動電機排絲，極大省略了傳統拉絲機控制系統通過控制器計算排絲位置然后再傳輸到驅動器造成的時間延誤，確保了排絲延遲的最小化，下面簡單介紹下這套系統。
　　
　　二．系統框圖
　　

　　三．工藝流程
　　1．未拉的金絲通過一個阻力裝置（主要是一個夾板之類的東西，它用來提供一定的張力，同時也起到了防止線跳的作用），然后進入細拉槽；
　　2．進入細拉槽的金絲在細拉塔輪和微拉塔輪的多次拉制后（由粗變細），成為所需要的絲
　　（兩個塔輪間的隔板安放了一個磨具，這個磨具的形狀是“〕” ，即一邊孔粗一邊孔細）；
　　3．拉細后的絲經過滑差輪，這個輪的作用主要是保持恒定張力；
　　4．從滑差輪出來后的金絲經過測速論，測速輪的作用就是測出當前絲的線速度，用于反饋；
　　5．經過測速輪的金絲再經過一個中間環節，然后通過擺絲桿，最后把絲卷繞到收卷輪上；
　　
　　四．系統控制框架
　　框架圖：
　　

　　整個系統要求的控制難點主要有以下4個部分：
　　1. 放絲伺服的恒線速度控制；
　　2. 調節伺服的跟隨控制；
　　3. 卷繞伺服的恒線速度(恒張力)控制，即要求卷繞伺服在半徑不斷增大的情況下保持與調節伺服的線速度相等；
　　4. 擺絲伺服的位置控制；
　　由于系統要求具有CANopen總線通訊能力，綜合考慮了國內各廠家現有的CANopen控制器方案后，我們選擇了施耐德的Twido系列PLC及CANopen模塊。
　　
　　五．控制方案介紹
　　1．“放絲伺服”的恒線速度控制
　　該伺服電機的控制采用帶加減速的控制模式（Kinco伺服的速度3模式）來完成。對于該系統來說，要求主軸放絲電機能夠最大程度上抗干擾，并盡量在一個穩定的速度下運行，并且由于拉絲工藝的要求，必須確保在起到和停止時具備平滑的加減速功能。驅動器工作在速度3模式下，完全可以滿足要求極其穩定的速度控制要求。
　　2．“調節伺服”的跟隨控制
　　該伺服電機的控制采用跟隨控制模式（-4模式）來完成。 對該電機控制要求極高，其速度需要完全跟隨放絲電機來運行，如果出現了較大偏差，金絲就會被拉斷，而這對金絲拉制是絕不允許的！。Kinco伺服驅動器在“-4”模式下工作時，擁有非常精確、靈敏的速度跟隨性，不但可以滿足嚴格的跟隨要求，同時可以動態修改跟隨齒輪比來實現線速度在±5%之間波動（確保張力）。
　　3．卷繞伺服的恒線速度(恒張力)控制
　　該電機的控制是整個系統的重中之重，要想繞出來的線平滑、不塌邊，那么就要求卷繞電機的線速度與調節電機的線速度相等。而要實現恒線速度控制，必須通過一個反饋回路來檢測實際的繞線輪的線速度，客戶過去的系統采用張力桿來完成的，張力桿反饋回去的是個張力信號，而且張力桿還有個中間過渡環節，如果卷繞電機的線速度與調節電機的線速度相差比較大時，通過機械結構先行補償，然后再加上電氣補償，這就相當于兩個補償環節，減小了斷線的機率。這樣的系統在目前很多拉絲機中使用。而當前這臺拉絲機是專門用來拉金絲的，金絲表面要求很高的潔凈度，需要盡量減少中間過度環節，所以客戶取消了張力桿，而直接采用了測速輪來作為反饋回路。這樣就增加了控制難道。
　　首先，我們通過信號采集到測速輪的線速度，然后通過和調節輪的線速度進行比較后并通過我們的PID計算，最終將計算結果補充到當前卷繞輪速度上去。除通過實時PID計算補充卷繞輪的轉速外，在控制卷繞輪轉速時，我們還通過計算繞線的層數做為計算的基礎，從而確保了卷繞輪不會因為直徑的不斷增加而導致誤差的增加。
　　4．擺絲伺服的位置控制
　　擺絲伺服的控制主要是保證繞制出來的線均勻的排列在線軸上，下圖是要求的排絲效果圖：
　　

　　該電機控制的難點就在于換向部分，為了在換向處平滑過度，而不出現螺紋，電機在換向的時候要確保避免累加誤差，由于Kinco伺服的絕對定位模式，利用firmware內部計算，確保了絕對定位在最后一圈內完成。
　　
　　六．結束語
　　目前該系統已經投產，且連續運行了約2個月時間，效果良好。拉制3絲（成品直徑）的金絲時主軸速度可以達到400rpm，這比采用張力桿反饋回路的機器拉制的金絲直徑提高了近5絲，速度快了近70rpm，且拉制出的金絲表面平整光滑，完全符合客戶要求。