第４６卷 第６期金 属 制 品２０２０年１２月 Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ６ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＤｅｃｅｍｂｅｒ２０２０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０２０．０６．０１０
步进电机工字轮收线机排线控制方法
杜春雨， 宋 月
（郑州机械研究所有限公司， 河南 郑州 ４５０００１）
摘要：通过对市场上常用的工字轮收线机几种排线方式的比较和分析，从成本和可靠性以及维护保养方面介绍一种经济可靠实用的排线方式。这种方式利用了大部分变频器都具有的ＦＭ脉冲输出功能，输出和收线电机转速成一定比例的脉冲频率信号，作为步进电机驱动器的脉冲输入，直接驱动步进电机跟随收线电机运转，排线器的换向采用非接触的接近开关来触发继电器，控制步进电机驱动器实现换向功能，实现同步排线的功能。这种方式省去了控制步进电机的ＰＬＣ，简化了电路，降低了成本。
关键词：工字轮；收线机；排线器；步进电机；变频器；ＰＬＣ
中图分类号：ＴＧ１７４．４ 文献标识码：Ａ
Ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｓｐｏｏｌｔａｋｅ ｕｐｍａｃｈｉｎｅｕｓｉｎｇｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｔｏａｒｒａｎｇｅｗｉｒｅｓ
ＤｕＣｈｕｎｙｕ，ＳｏｎｇＹｕｅ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｗｉｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｐｏｏｌｔａｋｅ ｕｐｍａｃｈｉｎｅｓｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｒｋｅｔ，ａｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ，ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｗｉｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｅｒｍｓｏｆｃｏｓｔ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈ ｏｄｕｓｅｓＦＭｐｕｌｓｅｏｕｔｐｕｔｆｕｎｃｔｉｏｎｔｈａｔｍｏｓｔｉｎｖｅｒｔｅｒｓｈａｖｅ，ａｎｄｏｕｔｐｕｔｓａｐｕｌｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｓｐｅｅｄｏｆｔａｋｅ ｕｐｍｏｔｏｒ，ａｓｔｈｅｐｕｌｓｅｉｎｐｕｔｏｆｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｒ，ａｎｄｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｓｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｔｏｆｏｌｌｏｗｔａｋｅ ｕｐｍｏｔｏｒｔｏｒｕｎ．Ｔｈｅｎｏｎ ｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｘｉｍｉｔｙｓｗｉｔｃｈｉｓｕ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｏｏｌ；ｔａｋｅ ｕｐｍａｃｈｉｎｅ；ｗｉｒｅａｒｒａｎｇｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＰＬＣ
在线材加工行业，工字轮收线是一个重要的生产工序。收线机在工作中要求钢丝均匀地平铺缠绕在工字轮上，而排线器起着关键的作用。
一直吐怎么办１ 工字轮收线机排线方式的现状
常用的排线器分为两种：机械式排线器和电机驱动排线器［１］。其中机械式排线器常见的有光杠排线器、气动夹块正反夹持同步带的排线器等等，它们的动力驱动部分通常由工字轮主轴传动系统、一组皮带和皮带轮来提供排线器的动力，实现排线器跟随主电机运转。电机驱动排线器是由单独电机驱动滚珠丝杆来实现排线装置的往复运动，电机通常采用伺服电机、配减速机的异步电机或步进电机。
对于机械式排线器，由于需要频繁换向，都会对机械换向部分产生磨损和损耗，随着工艺技术的进步以及生产线速度的逐步提高，这种磨损带来的故障率也越来越高，造成生产线停机时间的延长和生产效率的降低，机械式排线器的弊端也越来越引起人们的重视。
电机驱动排线器的换向是采用外部的限位开关或者非接触的接近开关来实现，故障率低，维修成本低和维修时间少。所以越来越多的用户开始选择使用这种排线器。考虑到电机系统的成本因素，伺服电机使用较少，由变频器来驱动配置减速机的异步电机和采用步进电机直接驱动方式使用较多。后两者里面采用步进电机驱动器来驱动步进电机方式比较经济实用。由于排线器由单独的电机来驱动，如何使排线电机跟随主电机同步运行，就需要重点考虑。
２ 采用步进电机驱动排线器实现和收线机主电机同步运转
为了采用步进电机来跟随收线主电机自动运行，通常需要采用ＰＬＣ来实现步进脉冲的输出和步
金 属 制 品第４６卷
进电机运行方向的切换，ＰＬＣ读取收线电机变频器的运转速度，按照合适的比例系数（此系数取决于线材的直径）输出控制步进电机驱动器的步进脉冲频率，来实现排线电机速度自动跟随主电机的速度，从而实现同步排线功能。但需要配置一块ＰＬＣ，增加了成本。笔者为了降低成本，巧妙利用大多数变频器都具有的脉冲输出功能直接驱动步进电机驱动
器，减少了一块ＰＬＣ，降低了成本［２］。
目标管理理论常见的变频器有一个脉冲输出端子，它的功能可以设置为和变频器的频率输出成一定比例系数的脉冲输出，其输出的脉冲可以经过电阻限流后接到
步进电机驱动器的脉冲输入端，作为脉冲信号控制步进电机驱动器驱动步进电机跟随主电机运转。笔者选取的收线机主电机变频器是汇川的ＭＤ５００－ＳＬ系列。
深圳研控科技的步进电机驱动器应用也较广泛，性能可靠，笔者选择研控科技的ＹＫＤ３４２２步进电机驱动器，驱动３ＨＢ８６－１２５步进电机来实现排线装置自动跟随收线主电机自动运行。驱动器的脉冲信号和运行方向信号在增加２ｋΩ限流电阻后可以直接连接变频器给出的２４Ｖ电压信号。步进电机驱动实现方式如图１
所示。
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图１ 步进电机驱动实现方式
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Ｆｉｇ．１ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅ
图１中２４Ｖ直流电源取自变频器的２４Ｖ＋和ＣＯＭ端，在实际使用中，用户也可以选取外部开关电源。在换向接近开关外侧两端还需要设置限位保护行程开关，防止换向接近开关出现故障后排线器无法换向，导致步进电机或者丝杠损坏。
实际使用中，可以根据使用的线材直径来实际调整步进电机的运行速度。具体是通过调整汇川变频器的Ｆ
Ｍ最高输出脉冲频率来调整实际输出脉冲频率快慢系数。变频器参数具体设置如下：Ｆ５－００：０，
ＦＭ定义为脉冲输出；Ｆ５－０６：０，ＦＭ输出脉冲代表运行频率；Ｆ５－０９：１ｋＨｚ，变频器输出最大频率时ＦＭ输出的最大脉冲数值。粗丝可以增大Ｆ５－０９到１．２ｋＨｚ左右，细丝可以减少Ｆ５－０９到０．８ｋＨｚ左右。
步进电机驱动器的细分设定为１００００左右，电
流可以设置为４．２Ａ。３ 结语
经过现场的实际验证，这种实现方式电路简单，成本低，性能可靠，调整维护方便，故障率低，深得用户喜欢。
网站购物参考文献
［１］ 于正雄．水箱拉丝收线机的几种排线方法［Ｊ］．金属制
品，２０１０（１）：５４－５５．
［２］ 贾锐．扁线材收排线系统的开发与研究［Ｄ］．广州：广
广州长隆攻略东工业大学，２０１５．
自我映象
（收稿日期：２０２０－０８－２０）
作者简介
杜春雨 １９７１年生，郑州机械研究所有限公司高级工程师。宋 月 １９８１年生，郑州机械研究所有限公司高级工程师。
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