基于PLC的直进式拉丝机变频改造控制系统的研究.pdf

直进式拉丝机是拉丝设备中的一种先进形式，主要用于金属丝材的加工。随着工业自动化的发展，直进式拉丝机的控制系统也在向着更加智能和高效的方向发展。本文探讨了使用可编程逻辑控制器（PLC）、变频器和人机界面（HMI）对直进式拉丝机进行变频改造，以提升其控制系统性能的过程。 文章介绍了调谐辊式拉丝机的工作原理。在拉丝过程中，钢丝从第一个模孔穿过，通过调谐辊、导轮，进入第二个模孔。钢丝在拉拔过程中，由于拉丝模的不均匀磨损，需要调整各卷筒转速以适应。为实现这一目的，调谐辊的位置由位移传感器检测，并将信号反馈给变频器，以控制电机速度，最终使相邻卷筒的转速自动调协。 在控制系统构成方面，文章详细阐述了基于西门子s7-400 PLC和国产变频器（如MD320）的系统设计。通过使用触摸屏TP170A作为人机界面，操作人员可以通过界面设置工艺参数及控制指令，使系统自动运行。系统中PLC采用高性能的s7-400控制器，具备快速数据处理能力和较大的程序存储能力，满足复杂的控制要求。变频器的使用既节约了成本，又满足了系统的性能需求。 在系统设计方面，电机的同步控制是直进式拉丝机的关键技术之一。为此，系统以高性能的s7-400 PLC作为控制核心，PLC从人机界面读取拉丝工艺信息，根据金属秒流量相等的原则计算出各级主速度，并适时传送给变频器以完成电机同步。 人机界面的设计注重用户的便捷操作，采用了嵌入式触摸屏，并设计了以启动画面为中心的结构，包含多个子画面如“工艺设置”、“选罐”、“线速度显示”和“盘重计算”等。这样，操作人员可以方便地在子画面中实现拉丝工艺的设置、操作选罐、显示线速度等功能。 在调谐辊过程的PID控制方面，文章提出了一种采用辅助给定限幅跟随实际需要限幅值同步变化的方法。该方法能够克服系统运行的稳定性和自适应性之间的矛盾问题。在实际应用中，调谐辊的位置信号被转换为电压信号，并用作PID运算的反馈输入。目标量设定在调谐辊机械行程的中间位置，目标量与反馈量之间的误差经过PID运算后作为变频器的辅助给定，以调整变频器的输出频率，实现相邻卷筒转速的自动调协。 此外，系统在通信方面采取了PROFIBUS网进行上位机与PLC及变频器之间的通讯，这不仅减少了接线，还大幅增加了控制的灵活性。 本文的贡献在于提出了一套完整的直进式拉丝机控制系统改造方案，并通过实际应用证明了该方案在提高操作便利性、自动化控制水平和设备操作运行可靠性方面的有效性。这一研究成果不仅为直进式拉丝机的升级改造提供了技术参考，也为类似工业自动化控制系统的设计和优化提供了重要的借鉴和启示。