1 引言 超細(xì)漆包線是一種精細(xì)線材，廣泛應(yīng)用于電子、電工行業(yè)。而PLC 作為一種通用的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置,具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),特別是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力和它的高可靠性,使它得到廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合筆者改造湖北卓創(chuàng)電工有限公司引進(jìn)的奧地利MAG 公司HN2B-SN8/16高速臥式漆包機(jī)，介紹了西門子S7-300 PLC和Easyview觸摸屏在高速臥式漆包機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 2 漆包線生產(chǎn)的工藝過程和控制要求 2.1漆包線的生產(chǎn)工藝過程 漆包線的生產(chǎn)工藝過程如圖1所示，原材料細(xì)銅桿由拉絲電機(jī)拖動(dòng)經(jīng)過12道拉絲模具拉絲成一定線徑后，經(jīng)過退火爐退火改變銅桿內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，然后將絕緣漆涂覆在銅線表面，再使導(dǎo)線進(jìn)入爐膛烘焙，將溶劑蒸發(fā)并使漆成膜固化，在銅線表面形成厚薄均勻的漆膜，最后經(jīng)過潤滑后收線于線盤上形成成品漆包線。 牽引電機(jī)由主電機(jī)拖動(dòng)，其轉(zhuǎn)速由所生產(chǎn)漆包線的直徑而定，其線速度也一定，因而它決定整條線的生產(chǎn)線速度。一般加工的線徑越細(xì)，在爐體中烘焙的時(shí)間越短，其生產(chǎn)線速度越高。收線電機(jī)將成品線纏繞在收線盤上，其線速度隨著纏繞直徑的變大會(huì)增大，為了保證整條線生產(chǎn)線速度的恒定，必須逐步降低收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)收線盤收滿線時(shí)，在不改變生產(chǎn)線速度的情況下需要將成品線臨時(shí)纏繞到換線電機(jī)上，并在收線電機(jī)上更換空線盤，啟動(dòng)后重新將成品線纏繞回收線電機(jī)。拉絲電機(jī)、牽引電機(jī)、收線電機(jī)之間的細(xì)銅絲必須存在一定的張力來保證生產(chǎn)過程的完成。由以上分析可知，漆包線的生產(chǎn)傳動(dòng)控制是整個(gè)工藝中的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到成品線材的質(zhì)量。 2.2 控制要求 （1） 細(xì)線的張力控制 張力過大，會(huì)將細(xì)線拉斷，造成爐體內(nèi)的線因烘焙時(shí)間過長而廢線;張力過小，則會(huì)造成整條線松線，使線脫離各處的滑輪組，纏繞打結(jié)，產(chǎn)生廢線。 （2） 高精度的速度控制 該臺(tái)漆包機(jī)的生產(chǎn)線材直徑范圍是0.08～0.20mm，不同線徑要求有不同的生產(chǎn)線速度，生產(chǎn)最高線速度可達(dá)750m/min，允許線速誤差為1m/min，對(duì)調(diào)速精度要求相當(dāng)高。 （3） 系統(tǒng)的可靠性 細(xì)銅線價(jià)格昂貴，且生產(chǎn)加工距離長（在爐膛中需要來回上漆/烘焙10余次），易變形斷線。一旦發(fā)生斷線，則爐膛內(nèi)的線將全部報(bào)廢，需要重新穿線。因而對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求相當(dāng)高。 （4） 系統(tǒng)的兼容性 由于是對(duì)廠方的原有設(shè)備進(jìn)行改造，需要在設(shè)計(jì)時(shí)充分兼容利用原有系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（開關(guān)、按鈕、電機(jī)、調(diào)速器等），盡可能恢復(fù)原有系統(tǒng)的功能。 3 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。下位機(jī)由一臺(tái)西門子S7-300 PLC構(gòu)成，CPU選用6ES7-CPU314，帶有MPI接口，選配64k EPROM存儲(chǔ)卡?？紤]系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)和今后擴(kuò)展的需要，配置了1個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架各負(fù)責(zé)4條線頭的生產(chǎn)，2個(gè)機(jī)架之間通過通信模塊IM360和IM361通信。2個(gè)機(jī)架配置完全相同的DI、DO、AI、AO信號(hào)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)8條線的生產(chǎn)傳動(dòng)控制，接受操作面板上的各種按鈕輸入指令以及光電傳感器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)拉絲、牽引、收線、換線電機(jī)的起停、同步加速、張力控制、各個(gè)電機(jī)的生產(chǎn)狀態(tài)在操作面板上以各種指示燈顯示。PLC的實(shí)際點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)數(shù)字量輸入、126點(diǎn)數(shù)字量輸出、26點(diǎn)模擬量輸入、12點(diǎn)模擬量輸出，總點(diǎn)數(shù)228點(diǎn)。 系統(tǒng)人機(jī)界面選用EasyView MT510TV3CN 10”觸摸屏，用于監(jiān)視生產(chǎn)狀況和設(shè)置生產(chǎn)參數(shù)。通過配置通訊適配器PC Adapter實(shí)現(xiàn)西門子MPI協(xié)議和RS232串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)觸摸屏和PLC之間的數(shù)據(jù)通信。 生產(chǎn)線上各處的直流調(diào)速器仍然使用原有配置，拉絲電機(jī)使用Lenze 472、主牽引電機(jī)使用BARDOR SPT100，收線電機(jī)和換線電機(jī)使用Lenze 492。 烘焙爐、退火爐等爐體各關(guān)鍵溫控點(diǎn)的溫度控制采用日本RKC公司CD901溫度控制儀表獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。 4 Lenze直流調(diào)速器的工作方式 HN2B臥式漆包機(jī)的原有直流調(diào)速器選用的是模擬Lenze470、490系列直流調(diào)速器，它具有轉(zhuǎn)速反饋控制、電樞電壓反饋控制、直接電樞電流控制等控制方式，可以二象限或四象限運(yùn)行。 整條漆包線的生產(chǎn)線速度由牽引電機(jī)的速度決定，其速度給定通過PLC的AO模塊在程序中直接給出。拉絲電機(jī)、收線電機(jī)與牽引電機(jī)的速度匹配是通過漆包線帶動(dòng)張力擺桿直接給定電樞電流值。張力擺桿實(shí)質(zhì)是一個(gè)電位器，輸出0～10V的電壓，該電壓通過MAG 2000同步板偏置后變?yōu)?5V～+5V的電壓輸入Lenze直流調(diào)速器。對(duì)于直流電機(jī)，一定的電樞電流值對(duì)應(yīng)于一定的轉(zhuǎn)矩，通過張力擺桿直接輸出電流給定數(shù)值從而保證在收線、拉絲過程中保持張力（轉(zhuǎn)矩）恒定。但在線頭未繞上線盤之前，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，此時(shí)若直接使用電樞電流控制方式會(huì)導(dǎo)致故障。因此，在線頭上盤之前需要使用轉(zhuǎn)速反饋控制方式，其速度給定由AO模塊在PLC程序中直接給出;正常生產(chǎn)收線時(shí)，使用電樞電流控制方式，此時(shí)轉(zhuǎn)速反饋不起作用。Lenze直流調(diào)速器轉(zhuǎn)速/電流控制方式的工作原理框，通過一個(gè)中間繼電器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速-電流控制方式的切換。 5 PLC軟件設(shè)計(jì) PLC控制程序利用西門子公司提供的基于Windows平臺(tái)的STEP7編程軟件編寫。STEP7編程軟件具有非常豐富的編譯工具,可以很容易地組態(tài)PLC硬件，編輯、編譯、調(diào)試、下載程序。它具有類似C語言的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方式，通過在程序中反復(fù)調(diào)用功能（FB）和功能塊（FC）可以極大地簡化程序設(shè)計(jì)，減小編程負(fù)擔(dān)。 按照面向?qū)ο蠛徒Y(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想，PLC控制程序主要通過在OB1（周期循環(huán)執(zhí)行組織塊）中多次調(diào)用子功能塊實(shí)現(xiàn)每條線頭的拉絲、牽引、收線、換線、實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)線頭生產(chǎn)的控制功能。 5.1 各控制程序塊的功能簡介 （1） 拉絲控制模塊主要用于實(shí)現(xiàn)拉絲機(jī)的操作控制，它有穿線和正常工作兩種狀態(tài)。拉絲機(jī)處于穿線狀態(tài)時(shí)，拉絲機(jī)以0或25m/min的固定速度運(yùn)行，以利于操作人員完成拉絲機(jī)內(nèi)多道模具的拉絲穿線操作。拉絲機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，其轉(zhuǎn)速完全受張力擺桿的直接電樞電流控制，張力擺抬起，速度加快，張力擺落下，速度減慢，若張力擺位于最下端（斷線狀態(tài)），拉絲機(jī)自動(dòng)停機(jī)。 （2） 牽引控制模塊主要用于實(shí)現(xiàn)牽引定速輪的操作控制，牽引定速輪有穿線和正常生產(chǎn)兩種工作狀態(tài)。穿線狀態(tài)時(shí)，牽引電機(jī)以0速或25m/min的速度運(yùn)行，以完成退火爐，烘焙爐的多道往復(fù)穿線工作。正常工作狀態(tài)時(shí)，通過一個(gè)加速按鈕、一個(gè)減速按鈕實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)0、25m/min穿線速度、正常工藝生產(chǎn)速度的切換。 （3） 聯(lián)動(dòng)控制模塊主要用于烘焙南爐和烘焙北爐聯(lián)動(dòng)控制。單動(dòng)時(shí)，漆包線只穿越北烘焙爐，生產(chǎn)單層漆包線;聯(lián)動(dòng)時(shí)，漆包線穿越南北兩個(gè)烘焙爐，涂雙層漆生產(chǎn)復(fù)層漆包線。 （4） 收線控制模塊用于收線電機(jī)和排線電機(jī)的控制。收線電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)用戶輸入的收線盤直徑和25m固定穿線速度計(jì)算出收線電機(jī)轉(zhuǎn)速，收線電機(jī)以轉(zhuǎn)速控制方式運(yùn)行，以利于操作人員將線頭纏繞到收線盤上。當(dāng)線頭纏繞上收線盤后，通過光電開關(guān)的檢測(cè)，將收線電機(jī)切換到電樞電流控制方式，通過張力擺桿的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)收線電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速隨收線直徑的增大逐漸減小，與牽引電機(jī)的線速度完全匹配。排線電機(jī)主要實(shí)現(xiàn)排線走桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使漆包線以等間距纏繞在收線盤上。 （5） 換線控制模塊主要用于換線電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)收線盤滿盤后的換線操作。由于整套設(shè)備只有2個(gè)換線電機(jī)，每4個(gè)線頭公用1個(gè)換線裝置，因此共用換線裝置的四臺(tái)收線電機(jī)之間在換線操作上存在互鎖關(guān)系。具體的換線程序流程圖如圖5所示。 （6） 報(bào)警處理主要用于實(shí)現(xiàn)收線盤滿盤報(bào)警和斷線報(bào)警，以提示操作人員及時(shí)換盤和處理斷線事故。在PLC程序中，根據(jù)牽引電機(jī)的實(shí)際線速度反饋數(shù)值實(shí)時(shí)更新收線盤已收線的長度，當(dāng)實(shí)際收線長度超過配方設(shè)定長度時(shí)，產(chǎn)生滿盤報(bào)警。通過斷線光電開關(guān)檢測(cè)斷線故障，并立即停止該線頭的所有電機(jī)并聲光報(bào)警。 （7） HMI通訊模塊主要用于與觸摸屏配合實(shí)現(xiàn)每個(gè)線頭工藝生產(chǎn)速度設(shè)置，收線盤相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置和管理操作。 6 Easyview人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì) Easybuilder500是Easyview HMI TEC公司出品的針對(duì)MT500系列觸摸屏的人機(jī)界面應(yīng)用程序組態(tài)軟件，具有使用簡單、組態(tài)方便的優(yōu)點(diǎn)。Easybuilder500具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，只要在組態(tài)時(shí)設(shè)置PLC類型和通信參數(shù)，并在監(jiān)控畫面的控件屬性中設(shè)置正確的PLC位地址或字地址，觸摸屏工作時(shí)就能根據(jù)不同PLC的通信協(xié)議建立起與PLC內(nèi)部地址的連接和通信。 觸摸屏監(jiān)控畫面主要用于顯示工藝流程，顯示、設(shè)置、修改各個(gè)線頭的生產(chǎn)線速度，顯示操作面板上各指示燈的狀態(tài)，通過配方控件設(shè)置各條線頭的收線盤參數(shù)、收線滿盤長度、生產(chǎn)產(chǎn)品線徑，顯示各條線頭的上漆量等。報(bào)警畫面會(huì)在某條線頭發(fā)生斷線故障或收線滿盤時(shí)自動(dòng)彈出，并發(fā)出聲光報(bào)警，提示操作工根據(jù)報(bào)警內(nèi)容穿線或換盤。 為了保證系統(tǒng)操作的安全性，在人機(jī)界面中設(shè)置了3個(gè)用戶等級(jí)，通過用戶登錄輸入密碼確定操作權(quán)限。0級(jí)為操作工級(jí)，無須輸入密碼;1級(jí)供生產(chǎn)管理人員使用，可以進(jìn)入工藝畫面，修改工藝流程，設(shè)置穿線速度、單爐生產(chǎn)和南北爐聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)的切換;2級(jí)供電氣工程師調(diào)試診斷使用，可以設(shè)置和修改PLC中速度計(jì)算公式中的各種參數(shù)，直接顯示各傳感器和繼電器的工作狀態(tài)，為故障診斷提供依據(jù)。 7 結(jié)束語 該漆包線改造控制系統(tǒng)自2004年5月投入生產(chǎn)以來，運(yùn)行狀況良好。系統(tǒng)的控制、顯示、設(shè)置功能正確，完全恢復(fù)了原有進(jìn)口設(shè)備的各項(xiàng)控制功能，改善了漆包線的產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，并為漆包線行業(yè)對(duì)引進(jìn)設(shè)備的技術(shù)消化和改造提供了實(shí)踐依據(jù)。