双伺服张力笼绞机电气控制系统_陈飞.pdf

增刊双伺服张力笼绞机电气控制系统陈 飞（合肥神马科技集团有限公司）摘 要：笼绞机作为一种重要的电线电缆设备，以其特有的退扭结构在绞线、钢丝铠装、光纤复合架空地线、特种电缆等场合得到广泛地应用。近年来，随着小型机器人、新能源汽车、通信等行业的迅速发展，对光电复合缆、高频通信缆、充电桩电缆等线缆的需求越来越多，对放线张力的要求调整范围广、精度高。本文重点从电气控制系统方面详细介绍自主研制的双伺服张力笼绞机的电气控制系统架构、硬件系统、软件系统，分析笼绞机电气控制系统的发展方向。关键词：笼绞机；双伺服；引言笼绞机作为一种重要的电线电缆设备，以其特有的退扭结构在绞线、钢丝铠装、光纤复合架空地线、特种电缆等场合得到广泛地应用。近年来，随着小型机器人、新能源汽车、通信等行业的迅速发展，对光电复合缆、高频通信缆、充电桩缆等线缆的需求越来越多，对放线张力的要求调整范围更广、精度更高，由于笼绞机本身的机构制约了其张力控制，为了适应市场需求，双伺服张力笼绞机被研发制造。在根据原有的产品大类的基础上开发出新的规格。从而与原有产品形成系列，提高了产品市场适用性，也提高了产品市场竞争力。线盘架放线双伺服恒张力控制，解决了放线小张力恒定问题，达到实际张力与显示张力一致的效果。退扭和张力上改进后的产品，其结构更加合理，功能更加齐全，品质更加优质，能更多的满足用户不断变化的需求。本文重点从电气控制方面详细介绍双伺服张力笼绞机的电气系统架构、硬件系统、软件系统，分析笼绞机电气控制的发展方向。双伺服张力笼绞控制系统双伺服张力笼绞控制系统从功能上划分，可分为放线张力控制、绞合控制、绕包控制、收线控制四个子系统。.放线张力控制系统放线张力控制用于控制线盘架放线张力，其系统组成部件主要为放线机构、张力机构、储线机构、张力检测机构。其中放线机构为放线伺服电机通过减速器、同步带驱动放线盘转动；张力机构为张力伺服电机通过导轮、拉绳提供放线张力；储线机构为两组储线轮在直线导轨上左右滑动；张力检测机构为张力传感器通过导轮检测放线实时张力。.绞合控制系统绞合控制用于控制线缆的绞合节距。其系统组成部件主要为牵引机构、绞体机构。其中牵引机构为牵引电机通过减速器驱动牵引轮转动，从而牵引线缆前进；绞体机构为绞体电机通过减速器、同步带驱动绞体旋转，形成绞合节距。.绕包控制系统绕包控制用于控制绕包节距、绕包张力、以及断带完带等检测。其系统组成部件主要为包带机构、放带机构、张力机构、张力检测机构。其中包带机构为包带电机通过同步带轮驱动包带盘旋转形成包带搭带率；放带机构为放带电机通过同步带驱动放带盘旋转；张力机构通过弹簧带动张力摆杆摆动；张力检测机构通过模拟量传感器检测张力摆杆摆动位移。.收线控制系统收线控制用于控制收线张力，排线节距等。其系统组成部件主要为收线机构、排线机构、张力机构。收线机构为收线电机通过减速器、三角带驱动收线盘转动；排线机构为排线电机通过减速器、链条驱动收排线架左右移动、张力机构为张力气缸带动张力储线轮上下移动。双伺服张力笼绞机硬件控制系统双伺服张力笼绞机的硬件控制系统采用了 变频器 工控机的控制模式，硬件控制系统架构图如电气技术与经济 技术与交流增刊 图 所示。整机设计过程中充分考虑了设计的标准化以及模块化，硬件结构具有可拼凑性和叠加性。所有硬件系统之间使用 总线通讯。图 双伺服张力笼绞机硬件控制系统中央 控 制 器 采 用 西 门 子 分布式 系统，具有高速背板总线、性能和极短响应时间，命令处理时间可达到，可在生产过程中实现极高生产力和产品质量，具有确定性时间特性的 接口提供了 时间范围内的重复性和精度。是高度灵活的可扩展分布式 系统，用于通过现场总线将过程信号连接到中央控制器中，直插式端子免工具连接系统节省了安装时间，紧凑型模块设计，通过一根或多根导线实现永久接线，为用户解决了诸如需要远距离敷设电缆、安装空间狭小、接线繁杂、不易维护等现场问题。变频器采用汇川 系列多传动驱动系统，由统一的整流装置以及多组逆变装置构成共直流母线驱动系统，可满足具有多个驱动点的单体机械设备或者连续生产线驱动要求。高效配电的共直流母线设计，可提升系统电能效率，实现 节能。等高等深书本型模块设计，可实现并排紧凑安装，柜体利用率高，占地面积小，电气一体化成柜可实现移动机载。每个模块单元内置 型旋转搭片式母线连接方式，将部件集成到较小空间，减少冗余系统器件，可以节省大量线缆，减少接线的人工成本降低配电成本。工控机采用研华可触摸工控机，工业计算机以其强大的硬件配置和丰富的软硬件扩展接口，不仅能轻松实现触摸屏的所有功能，在数据采集、数据存储、数据分析方面比触摸屏功能更强，在接入工厂 系统方面更具优势。整机所有驱动电机采用交流异步伺服电机。相较于普通交流变频电机，交流伺服电机具有低噪音、高效率、精度高、特性良好、过载能力强、低耗能、使用寿命长、低速控制性能良好等诸多优点。绞笼内部 模块与 主 之间采用工业无线通讯，真正实现了通讯免维护。解决了传统总线通过导电滑环通讯引起的不稳定、不可靠、不易维修等弊端。工业无线网络技术是继现场总线之后工业电气技术与经济 技术与交流 增刊控制系统领域的又一热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，广泛的应用于工业控制领域，特别是在流程工业过程控制中。基于 .协议的工业无线网具有高速、高实时性、高可靠性等特点。双伺服张力笼绞机软件控制系统双伺服张力笼绞机的软件控制系统基于西门子 平台开发，其中可编程控制器使用 .编程系统开发，工控机使用 .编程系 统 开发。将所有自动化软件工具集成在统一的开发环境中，大大节省了设计过程中的时间、成本和人力。双伺服小张力笼绞机的软件控制系统主要由放线张力控制系统、绞合控制系统、绕包控制系统、数据记录及数据分析系统、报警控制和报警记录系统、配方管理系统、能耗分析系统、设备维保提示系统、远程诊断系统组成。.放线张力控制系统操作员通过 设定好放线张力并启动放线，系统根据设定的张力计算出张力伺服电机的转矩给定并通过总线传送至张力伺服控制器，同时根据传感器反馈的实时张力进行 计算，从而张力伺服控制器进行实时调整。系统根据储线轮反馈的实时位置进行 计算对放线伺服电机的速度进行实时调整。.绞合控制系统操作员通过 设定好绞合方向、绞合节距、线速度给定，启动整机，系统根据设定的参数计算出牵引电机和绞体电机的转速并通过总线传送至变频器，同时绞体变频器通过变频器同步功能跟踪牵引变频器并实时调整速度。.绕包控制系统操作员通过 设定好绕包绞合方向、搭带率、张力，启动整机，系统根据设定的参数计算出绕包放带电机和绕包电机的转速并通过总线传送至变频器，同时放带变频器根据反馈位置实时调整速度。.数据记录及数据分析系统系统通过设定好的间隔时间自动记录运行数据并保存到历史数据库中，将运行数据通过曲线、报表等方式显现，并保存成 文件，同时对记录的生产数据进行 分析。.报警控制和报警记录系统系统设置有报警监控设备和报警输出设备，当监控设备中显示有异常状态，系统会自动进入报警模块，并且系统会自行报警。要等到异常情况清理后，操作人员按下确定键之后，报警才会停止。报警记录生成报警日志文件，可存储在 存储设备中。.配方管理系统具有配方新建、编辑、导入、导出等功能，系统可以接受上位机下发的订单，根据产品型号确定工艺配方数据，完成订单的生产。.能耗分析系统系统通过智能电表采集能耗数据，通过柱状图、饼状图等方式显示班组、订单、日、月、年等能耗数据。.设备维保提示系统系统通过弹窗方式提示设备日常点检、设备定期保养等信息，并通过对报警数据进行分析，提示设备维护，提高设备使用寿命和效率。.远程诊断系统通过远程工业网关模块对设备故障进行分析诊断，可以极大的提高设备维护的时效性，降低设备维护成本。结束语随着信息技术、传感器技术、无线传输技术、电力电子技术的高速发展，未来笼绞机电气控制系统仍将朝自动化、智能化、信息化方向发展，实现生产过程的高度自动化，对生产对象和生产环境具有一定的适应性，从而实现生产过程优化，提高生产效率；硬件、软件与应用技术将实现深度集成，生产设备与智能网络实现高度互联，使设备性能不断升级。参考文献 博途与 可编程控制器.系列多机传动驱动器综合手册.（收稿日期：）电气技术与经济 技术与交流