一、概述
拉丝机是机械行业主要的加工设备之一，主要是将铜(钢)线加工成各种规格细线，一般由放线、水冷、收线及排线等部分组成，其中电气传动部份主要由放线电机和收线电机及排线电机实现。随着控制技术的成熟发展，PLC与变频器广泛被用于拉丝机设备。
客户拉丝机控制系统项目主要采用Emerson公司EC20-PLC、EV1000变频器与TD3000变频器（见图1）产品来实现。该产品无论从控制算法的先进性，可实现性，还是从硬件平台的简易性，稳定性和实用性都具有明显的优越性。
二、系统控制组成及工艺要求
1、拉丝机的主要电气构成
一般拉丝机主要由放线电机与收线电机及排线电机构成驱动部分，随着收线卷径不断扩大收线电机的转速应相应的减小，以保证线速恒定，我们可利用转矩变化来调节收线电机的速度。排线电机由于功率较小，直接由EV1000来控制。收线电机由TD3000控制，控制系统核心由EC20-PLC来实现。
放线电机与收线电机分别由两台变频器控制（见图1），放线变频器通过外部电位器调节转速，收线变频器先读电机实际需要转矩（可由人工电位器调整变频器参数F.E），再用相应转矩（变频器参数Ｆ3.07控制转矩限制 ）来控制收线变频器（见图2）。随着收筒卷径的变化转矩的大小信号也随着变化，我们根据运行规律及卷径的变化给予一定的补偿，使丝线保持一定的线速度。工艺示意图如下：
2、生产工艺
拉丝机有大、中、小与微拉机之分。对于不同要求，不同精度规则的产品，不同的金属物料，可选择不同规格的拉丝机械。对大部分钢丝生产企业，针对其材料特性，其精度要求和拉拔稳定度要求也高，其工作过程如下：
(1) 放线:金属或钢丝的放线速度，对于整个拉丝机环节来说，其控制没有过高精度要求，对大部分拉丝机械，放线的控制是通过变频器驱动放线机实现的，可调节其频率速度。
(2) 拉丝:拉丝环节是拉丝机最为重要的环节。不同金属物料，不同的产品精度和要求，拉丝环节有很大的不同，拉丝部分与放线部分共用一台电机，金属丝通过内部塔轮的导引，经过模具而逐步拉伸。
(3)收线:收线环节的工作速度决定了整个拉丝机械的生产效率，也是整个拉丝机工作的重要工序。由PLC根据放线速度等条件，经过相应算法和补偿后，通过控制收线电机的转矩来实现。
(4)换轮：最后一道工序，工字轮卷满钢丝后，由人工停止系统并把其拿走，放置一个空工字轮，拉丝工序重新开始。
三、控制原理
操作面板和PLC负责设定和监控各个环节的参数，通过变频器的各个设定端子，直接进行各个拉丝控制变频器状态。收线电机的运行转矩通过主操控PLC输出给定。PLC根据上一级电机的运行速度来决定收线电机的运行转矩，为了保证线速基本恒定以保证金属产品的品质，拉丝环节电机的主控速度通过PLC综合上一级电机的运行频率给定，单独主给定信号控制产品生产精度有限，刚开始生产时拉丝会较紧，后面阶段则可能较松。丝线每绕工字轮从左到右（或从右到左）转一趟，都会有个脉冲信号送给PLC，PLC根据此信号来检测卷径的变化。为达到生产要求，需要根据转径的变化来不断调整控制转矩。其余电器的逻辑控制部分可根据生产工艺来编写PLC程序。
主控制信号控制变频器时，必须考虑机械惯性，按一定的斜率输出，即通过一频率斜坡发生器产生变频器主控制信号。发生器的斜率可针对不同机械的特性而设定。它决定了当前拉丝机的动态特性，在整个信号给定中，当辅助信号所占比例较大时，转速将出现大的振荡而较难稳定，当辅助信号占比例较小时，其控制跟随速度较慢。因此须在主控PLC或变频器内部对辅助转矩补偿进行限幅，通过简单的比例关系，设定主给定信号和拉丝机本身给定信号的相应关系即可实现。
四、控制系统简介
该拉丝机系统全部采用先进的PLC+变频器控制方式。PLC部分为Emerson公司EC20系列32点PLC，其实时性强、可靠性高、体积小且坚固耐用。可设定控制参数，处理复杂的数据运算、存储及查询等功能，PLC内运行设定的逻辑控制程序。
主模块CPU自带2个异步串行通讯端口，其中COM0口主要用于编程调试,COM1口提供了RS232 和RS485 电平，可与PC机、HMI、其它工控设备之间通讯和控制，内置通用的Modbus 协议，组成1:N网络。可提供Profibus 总线的从站扩展模块，组成Profibus 总线网络。本次EC20-32与TD3000通信采用的是485口，自由口通信协议。PLC根据一定的算法发出命令给变频器。变频器再以转矩方式来精确的控制拉丝机平稳地收线。
系统其余部分例如汽缸的夹紧、拉丝排线、运行指示灯、报警、启动停止、变频器控制与紧急停车等逻辑控制功能，可根据生产工艺编写出合适的PLC控制程序。系统电路接线如图2和图3所示：
通信读写与逻辑控制部分都编写了不同的子程，在CPU主程序里直接调用即可（最多可调用64个子程序）。PLC里还设置了相应的密码（PLC可提供3级用户密码权限）。保护用户程序的私密性。
五、通信及相关参数设置
在本系统中，EC20-PLC与TD3000通信采用自由口协议（也可选用MODBUS协议或Profibus协议，Profibus需另加模块）。在此总线协议上每段最多32个站（最多31个从站），可用中继器扩展至127个站（包含中继器）。TD3000 通过RS485总线接口接入PLC控制网。有关参数设置说明如下：
数据格式：1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验；（F9.01数据格式０）
波特率：9600 bps（F9.00波特率3）
通信地址：2(F9.02站地址)
通信方式：PLC/PC机后台为主机，变频器为从机。采用主机轮询，从机应答方式。
协议类型(可根据需要选用)：
协议采用长短帧结构：
短帧——用于独立传送自动控制系统所需的控制字、主设定和状态字、实际值；效率高。
长帧——既包括控制字和状态字又含有涉及到操作控制、观测、维护以及诊断等的内容。
对于只需要控制变频器运行，而不需要读写功能码的场合，可使用短桢。对于需要对变频器功能码进行操作的情况，需要使用变频器长桢。
注意：使用通信控制变频器时，请先检查硬件是否连接好。同时，将变频器的通信数据格式、波特率以及通信地址设置好。详细自由口协议请参阅TD3000变频器串行通信协议。其余参数按电机有关性能设置即可,加减速时间可根据实际需要调整。
EC20 系列PLC 主模块提供了三种软件协议资源：编程口协议、MODBUS、自由口协议，用户通过在编程时设定配置信息，确定每个通讯口使用的通讯协议。
CPU自带2 个通讯端口，其中COM0 作为用户编程的专用接口，COM1口同时提供了RS232 和RS485 电平，用RS485口可与TD3000进行通讯和控制。通信设置：在工程管理器系统块通信口通信口1设置自由口协议：
波特率：9600 奇偶校验：不校验
数据位：8 停止位：1 帧间超时：20ms
用户可采用ControlStar 集成开发环境进行EC20 系列PLC 的用户程序的编程、下载与上载、调试和监控，该编程环境提高了丰富的帮助信息，可选用梯形图、指令列表、顺序功能图等方式进行编程。
六、注意事项
在调试过程中主要应注意起动阶段与停车阶段应保持放线电机与收线电机同步起动。
1、启动阶段
启动变频器缓慢升速，如启动时出现断线现象说明收线电机启动过快，可相应地调整收线电机的启动转矩及放线、收线变频器的加减速时间几个相关参数。
2、停车阶段
停机时放线、收线电机由当前运行频率按减速时间减速，使得放线、收线电机准确停车，这样便不会因为放线电机过快停车造成铜线拉断。如果在停机过程中出现断线可相应地调放线、收线变频器减速时间。
3 、通信问题
EC20-PLC与TD3000通信时，除了相应的通信地址、数据格式要对应外，其中数据接收的祯间超时要设置（参考值20ms），与多台变频器通信时，波特率最好选9600。
七 、系统效果
拉丝机采用变频器控制可以根据丝线不同规格调节放线电机的速度，提高了产品精度和系统的稳定性。另一方面变频器实控制实现了电机软启动延长电机使用命，也减少了电气维护量。
系统自投运以来，效果很好。大大减轻了工人的劳动强度，方便了维修人员检修。实时性、稳定性等技术指标满足要求，得到客户的肯定。
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