近些年來(lái)，隨著我國(guó)的電力、電器行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)材料提出了新的技術(shù)要求，帶動(dòng)了銅加工行業(yè)的加工工藝的進(jìn)步。我們參與完成了銅加工設(shè)備中名為“無(wú)氧銅桿連鑄機(jī)組”的關(guān)鍵設(shè)備的電控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。 所謂的無(wú)氧銅連鑄，是先將銅在400KW的中頻加熱爐中融化，銅水表面始終覆蓋著一層木炭粉，將銅水與氧氣隔絕，而后在冷卻水套中結(jié)晶成銅桿，通過(guò)牽引
實(shí)現(xiàn)連續(xù)鑄造。這樣工藝生產(chǎn)出的銅材導(dǎo)電性能好，線路損耗低，已經(jīng)受到行業(yè)的認(rèn)可。 電控系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成銅桿從上引連鑄 、牽引、卷繞成盤的流水線的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制。其中伺服電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)和及其他機(jī)械結(jié)構(gòu)將銅桿向上牽引，實(shí)現(xiàn)連續(xù)鑄造；再由變頻器帶動(dòng)機(jī)械對(duì)鑄造好的銅桿實(shí)現(xiàn)牽引、卷繞、完成盤狀包裝。 由于這種冶煉設(shè)備都連續(xù)24小時(shí)不間斷運(yùn)行，一般日產(chǎn)20噸Φ8mm銅桿，產(chǎn)量大，產(chǎn)值高，所以對(duì)機(jī)組的可靠性要求也很高。設(shè)備一旦由于故障而停機(jī)，為了避免爐中的銅水冷卻凝固后與爐子結(jié)為一體，必須要通電保溫，光一天的電費(fèi)損失就高達(dá)5000元人民幣。由于停機(jī)造成大量的廢銅也是一大筆損失。同時(shí)，該種設(shè)備的工作環(huán)境卻相當(dāng)惡劣：現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度極高，距離中頻加熱爐旁2米的環(huán)境溫度還要達(dá)到50℃，會(huì)加速電器元件的老化；炭粉、灰塵等導(dǎo)電顆粒可能會(huì)影響
觸摸屏、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器等電器元件的正常工作。這樣的環(huán)境已經(jīng)超越了一般電器產(chǎn)品的環(huán)境要求，但產(chǎn)品一旦發(fā)生故障又會(huì)帶來(lái)?yè)p失和不良的反響，這樣的設(shè)備對(duì)我們及選用的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是一種考驗(yàn)。 為此，我們經(jīng)過(guò)了廣泛的市場(chǎng)調(diào)查，進(jìn)行了實(shí)物試驗(yàn)，并進(jìn)行了方案論證。我們最終采用了抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比較高的日本富士電機(jī)公司的觸摸屏和可編程控制器來(lái)控制交流伺服系統(tǒng)和變頻器，組成整個(gè)項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)控制框圖: 2# 上引連鑄 機(jī)構(gòu)單元 RS485 通訊模塊 RS485 通訊模塊 RS485 通訊模塊 牽引與卷繞機(jī)構(gòu)單元 1# 上引連鑄 機(jī)構(gòu)單元 電控系統(tǒng)主要分兩大組成部分：
1. 銅桿上引部分。
2. 銅桿牽引卷繞成盤部分。 以下對(duì)于各部分的控制要求與電氣系統(tǒng)組成予以分別的說(shuō)明。
一：銅桿上引部分： 上引系統(tǒng)硬件構(gòu)成及控制框圖： 1# 上引機(jī)構(gòu)組成 2# 上引機(jī)構(gòu)組成 富士可編程控制器 SPB 交流伺服系統(tǒng) 富士觸摸屏 UG20 富士可編程控制器 SPB 交流伺服系統(tǒng) 機(jī)械部分 富士觸摸屏 UG20 機(jī)械部分 上引部分由如上控制框圖所示的兩套完全獨(dú)立的機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)觸摸屏設(shè)置上引的位置控制量、上引的速度，以及作為整個(gè)系統(tǒng)故障及運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示。通過(guò)可編程控制器完成速度與牽引距離的浮點(diǎn)數(shù)算法，然后通過(guò)PLS1這條高級(jí)脈沖輸出指令完成上引的控制過(guò)程。上引節(jié)距的控制精度為0.01mm, 速度最高可達(dá)到3m/min。由于SPB系列的PLC具有100kHz的輸出頻率，很輕松地控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速、高頻的運(yùn)行與停止，保證了上引的速度與精度。
二：銅桿牽引與卷繞部分： 這部分負(fù)責(zé)將前面連續(xù)鑄造出來(lái)的12根銅桿，通過(guò)12個(gè)變頻器牽引，再通過(guò)另外的12個(gè)變頻器來(lái)進(jìn)行卷繞控制，實(shí)現(xiàn)成品的繞盤，最終形成盤狀包裝。
1．銅桿牽引部分： 銅桿牽引部分與前面的上引部分進(jìn)行RS485的通訊，可以直接獲得連鑄的速度，以此作為基準(zhǔn)速度，并接收與每一根銅桿相連的浮輥電位器的信號(hào)，以此獲得由于機(jī)械打滑等原因引起的線速度誤差。PLC將兩部分?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算后，修正變頻器的速度，使?fàn)恳到y(tǒng)及時(shí)地將連鑄出來(lái)的銅桿牽引到繞盤部分。 由于SPB系列可編程控制器具有LINK-DATA的數(shù)據(jù)傳遞功能，能夠?qū)崿F(xiàn)每一個(gè)處于RS485通訊網(wǎng)絡(luò)中的可編程控制器之間的數(shù)據(jù)共享，可以大大減少工程技術(shù)人員編制通訊程序的時(shí)間，極大地提高了編程效率。即使2套獨(dú)立的上引機(jī)構(gòu)有不同的連鑄速度，也可以通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳送到牽引部分的PLC，使之及時(shí)調(diào)整變頻器的牽引速度。 而且，SPB系列可編程控制器的A/D模塊的轉(zhuǎn)換精度達(dá)到14位（16000/10V）的高分辨率，即使每一根銅桿的線速度有微量的速度變化，都能通過(guò)高分辨率的A/D模塊敏銳地捕捉到，使PLC能夠迅速修正。
2．銅桿卷繞部分： 銅桿卷繞部分是整個(gè)系統(tǒng)的難點(diǎn)：沒(méi)有任何其他的傳感器等電信號(hào)，僅僅依靠控制前文提到的卷繞變頻器，就要將銅桿繞成一圈圈均勻排列好的由外往里或由里往外的漸開(kāi)線狀的盤型，循環(huán)往復(fù)后逐漸堆成圓柱型的一大卷。由于銅材本身就有一定的硬度，除了牽引輪、導(dǎo)向輪、轉(zhuǎn)動(dòng)的繞盤外再也沒(méi)有其他機(jī)械機(jī)構(gòu)，同時(shí)客戶還提出要求，要通過(guò)觸摸屏設(shè)定繞盤的內(nèi)、外徑尺寸。
首先，我們運(yùn)用高等數(shù)學(xué)的理論建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)計(jì)算。SPB系列的可編程控制器具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算功能，使我們順利地將高等數(shù)學(xué)的運(yùn)算公式轉(zhuǎn)換成可編程控制器的運(yùn)算公式，很好地實(shí)現(xiàn)了繞盤的控制。 其次為了節(jié)約成本，我們通過(guò)利用可編程控制器的48個(gè)輸出點(diǎn)，加上我們自己編制的專用程序?qū)崿F(xiàn)了精確到0.1Hz的調(diào)頻，順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)24個(gè)變頻器的調(diào)速控制，省掉了24路D/A的轉(zhuǎn)換，極大地降低了成本。 我們經(jīng)過(guò)調(diào)試和精簡(jiǎn)PLC指令，順利地完成了卷繞部分的工作，達(dá)到了客戶的要求。 總結(jié)： 值得一提的是，在項(xiàng)目中，出于成本控制的考慮，往往不配置與觸摸屏連接的RS232通訊模塊，但是觸摸屏又已經(jīng)占據(jù)了編程口，給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中進(jìn)行在線監(jiān)控帶來(lái)了困難。這時(shí)，我們把計(jì)算機(jī)直接接到富士PLC的編程口，調(diào)試時(shí)取代觸摸屏，從電腦把數(shù)據(jù)輸入到PLC的數(shù)據(jù)寄存器，將PLC內(nèi)的輔助繼電器地址強(qiáng)行置位，而且置位后的數(shù)據(jù)立即參與運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)控。這種直接輸入的功能，令調(diào)試變得更直接、更便利。
