维控PLC与HMI在金属焊丝层绕机上的应用

一、简介

   目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备易受干扰，停车频繁，焊丝的张力不均。基于滞后角控制的自动排线系统可提高排线的精度和性能。通过维控PLC进行角度控制，使焊丝以固定的滞后角度 β在工字轮上进行高速层绕。PLC检测到角度值并与设定值比较，偏差使PLC发出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，使偏差趋于零，以达到焊丝以固定滞后角层绕。利用人机界面完成设备数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外正常速度跟踪，换向开关动作后快速追赶至同步速度跟踪，焊丝到达工字轮边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足了排线系统自动平稳排线的要求。        

二、主要核心器件与工作原理    

  1、系统由维控LX3V-0806MT PLC、维控700LK触摸屏、主轴变频器、伺服电机以及驱动器、恒力矩电机装置、接近开关、1000线A B相增量式编码器等组成。

2、排线器采用编码器采集工字轮旋转角度产生滞后角排线，伺服电机通过滚轴丝杠及滑轨推动排线器以工字轮的转速行进排线。在收线工字轮的内径区域，当从一侧向另一侧排线时，整个区域分成一般跟踪和换向跟踪两个区域。在一般跟踪区域采用固定滞后角跟踪模式，在换向区内采用变角度跟踪模式。由于焊丝在层绕至工字轮边缘时，会自动向相反方向层绕，在这个过程中，不允许焊丝有超前角度层绕，否则焊丝间会出现缝隙，下一层将出现排列不整齐，层绕将被迫中断。因此换向区内的角度检测与控制至关重要。

通过换向开关动作自动形成直线单元移动方向标志，左换向开关置位右行标志，复位左行标志;右换向开关置位左行标志，复位右行标志。以收线右换向为例，当右换向开关动作瞬间，直线单元快速推进至β≤0;当主电机继续旋转，直线单元以基速继续跟踪，当焊丝缠绕接近至工字轮的最右边一圈线时，直线单元停止后等待β滞后角度的产生，而后复位直线单元右行标志，排线器伺服电机通过编码器测得主电机的速度而跟随行走。收线左换向同理于收线右换向。换向区内角度的变化过程如下图

3、收卷轴用变频器控制手动电位器可调节收卷速度，设备通过编码器测量收卷轴转速，测算出收卷轴的旋转角速度N（转/秒）。

收卷轮上焊丝沿轴向的移动速度为V= N＊Φ,(其中Φ为焊丝线径，单位mm，V的单位为mm/s)。

V转换伺服电机的转速（脉冲数/秒）为：步进电机跟踪速度=M＊N＊Φ/d（个/秒）

（其中, N为主轴的旋转角速度（转/秒）, Φ为焊丝线径（毫米）, M为伺服电机的每圈脉冲数，d为丝杠的螺距（毫米/转）。

4、放卷部分是恒力矩输出装置，保证一定的力矩输出，从而能使焊丝比较平直的状态缠绕到工字轴上。如果松紧度不能保持势必会对层绕质量产生很大影响。

5、工字轮的内径壁要保持平坦，并且在工字轮的起始端边缘要制作符合线径的斜沟结构。

三、程序介绍  

   1、采用编码器A相高速计数，以0.4秒定时中断检测收卷轴速度，以确保排线轴对收卷轴实时的追踪性。

2、采用编码器B相高速计数，在换向时确定排线器与收卷轴的滞后角度。

四、项目总结：

自动排线器使得焊丝层绕的张力均匀，换向平稳，设备运行倒车率低，开机排线器一键式自动归零和停电后再次重启能自动识别当前位置，使得工作效率大大提高，焊丝质量也大大提高。编码器测速灵敏度高，直线单元滞后角跟踪稳定、换向准确，极大提高系统的稳定性、可靠性。

此案例不仅在焊丝层绕使用良好，同理也适合使用在电缆、电线等需缠绕成卷的设备上。  

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