從20世紀90年代開始，我國電線電纜行業(yè)迅速發(fā)展,，銅線桿的需求急劇增長,，缺口大部分從國外進口。隨著電磁線,、通訊電纜及其他特種用途電線電纜的迅速發(fā)展,，多線多模高速拉絲機的出現(xiàn)，對銅桿的要求越來越高,，小規(guī)格鑄坯生產的銅桿越來越不能滿足要求,。
隨著電氣方面的不斷發(fā)展，對銅導線的質量要求越來越高,，為了獲得優(yōu)質的光亮銅桿,，國內外設備制造廠家和銅線桿生產廠家均在生產工藝、裝機水平,、質量檢測和管理方面作了大量工作,，以提高質量，降低成本,。特別是無氧銅上引連鑄生產工藝的出現(xiàn),，為電線電纜行業(yè)提供了由電解銅板直接生產φ8鑄態(tài)無氧銅桿的加工可能，大大提高了銅線桿生產的自動化程度,，特別是在牽引速度,、收卷容量和產品質量等方面都比以往有了較大的提高，整機性能大為改善,。
為了進一步提高銅桿的質量和產出效率,，我們將BWS交流伺服電機驅動系統(tǒng)" title="驅動系統(tǒng)">驅動系統(tǒng)引入銅桿上引連鑄機上，取得了很好的效果,。

銅桿生產的控制方式" title="控制方式">控制方式
銅桿生產控制方式從過去到現(xiàn)在經歷了幾個發(fā)展,、演變過程:
傳統(tǒng)凸輪方式
傳統(tǒng)的方法，是采用BWS交流異步電動機連續(xù)運轉,，通過凸輪等機械結構來保證銅桿牽引的起行和停止動作,，最大的缺點為起停頻率最大只能達到2～3次/秒，而且機械容易損壞、維修率高,，而且現(xiàn)場噪聲大;采用BWS伺服控制驅動系統(tǒng),，利用其響應時間短的特點，就輕易能使起停頻率達到8～10次/秒,，使生產效率" title="生產效率">生產效率大為提高,，而且運行時間Ton和停止時間Toff等工藝參數(shù)的修改也變得極為容易。
開關控制方式
采用BWS伺服驅動器" title="伺服驅動器">伺服驅動器后最早的控制方式為開關控制方式,，即簡單地利用PLC的一個輸出接口,，根據(jù)Ton和Toff來控制輸出繼電器的導通時間和斷開時間，使BWS伺服驅動器的模擬輸入接口在可調電壓和0之間切換,，從而控制電機運行的速度和起停時間,，工作方式如圖1所示:
開關控制方式雖然控制方式簡單，但在提高開關頻率后,，由于負載情況的變化,，實際的Ton和Toff時間每個周期都不同，導致結晶時間不均勻和銅桿節(jié)距L一致性差,，在實際生產過程中斷桿率較高,，生產出來的銅桿也不符合質量標準。
數(shù)控控制方式
為了在保證銅桿質量的前提下提高銅桿的生產效率,，我們采用數(shù)控控制方式,，將我公司生產的車床數(shù)控系統(tǒng)替代PLC，根據(jù)連接在電機軸上的編碼器反饋作為銅桿位移的當量的反饋值,，并與程序設定的位移量比較,，從而可以保證銅桿節(jié)距L的一致性。其工作方式如圖2所示:
采用數(shù)控控制方式可以與大部分的伺服驅動系統(tǒng)連接,，只要其具有模擬式接口,，考慮到成本以及BWS伺服驅動產品的成熟度的關系，以前都會選用這種工作方式,。
PLC位置控制方式
隨著驅動控制技術的發(fā)展，數(shù)字化技術在驅動產品上的應用,，數(shù)字式的伺服驅動器可以具有位置閉環(huán)功能,，即可以接受外部上位機(如PLC)發(fā)出的脈沖信號，脈沖信號的頻率對應電機的運行速度,，脈沖的個數(shù)對應電機運轉的角度,。而且隨著電力電子技術的發(fā)展，數(shù)字式伺服驅動系統(tǒng)產品的價格大幅下降且可靠性也得到了極大的提高,。因此,，采用PLC位置控制方式也成為了可能。其工作方式如圖3所示:
我公司生產的BWS-BBH系列交流伺服驅動系統(tǒng)采用DSP(數(shù)字信號處理器)芯片,，該芯片專用于大量數(shù)據(jù)的實時分析和處理,，可以高效地完成位置環(huán),、速度環(huán)和電流環(huán)三環(huán)的閉環(huán)運算，輕易地對電機進行矢量控制和最優(yōu)化控制,，不僅使電機運行平穩(wěn),，而且動態(tài)響應快、超調小,。配合最新的智能化功率器件IPM,，使驅動器的整體可靠性大為提高，體積小巧,、操作簡便,，監(jiān)視功能齊全[2]。
由于具有脈沖位置及模擬速度二種輸入控制方式,，可以很方便地與模擬輸出的中高檔數(shù)控系統(tǒng)組成位置閉環(huán)系統(tǒng),，也可以很方便地與脈沖輸出的經濟型數(shù)控或PLC系統(tǒng)連接，以實現(xiàn)對銅桿牽引的控制,。
另外,，由于BWS伺服驅動系統(tǒng)內還可分別設置位置輸入和輸出指令脈沖的分、倍頻(電子齒輪功能),，大大方便了系統(tǒng)工藝參數(shù)的調整,。
該伺服驅動系統(tǒng)過去一直和數(shù)控系統(tǒng)配套，在機床行業(yè)的應用已經有了數(shù)年的經驗,，最近幾年由于市場的需要,，還拓展了不少應用領域，例紡織,、包裝等行業(yè),。冶金行業(yè)和這些行業(yè)的應用有較大的不同，特別是銅桿上引連鑄機對伺服驅動系統(tǒng)有著更特殊的要求,，要求有更快的響應速度,、更強的環(huán)境適應能力和更高的可靠性。

銅桿上引連鑄機對BWS伺服驅動系統(tǒng)的特殊要求
較快的響應速度
銅桿上引連鑄工藝需要電機帶動減速機減速后通過牽引,，從高溫銅冶煉爐中將銅水往上牽引出來,，過快的牽引速度會導致結晶時間不夠，銅桿極易斷裂,，需要整機停機重新牽引,；不穩(wěn)定的牽引速度又會使銅桿生成過程不均勻，極易出現(xiàn)裂縫,，在后期冷軋過程中極易斷裂,；過慢的牽引速度又會降低整機的生產效率，即在相同時間的熔爐電力耗費，產出的銅桿噸數(shù)少,，而這對冶煉行業(yè)來說是一個很重要的指標：Y,，單位為t/h。
考慮銅桿的比重p及銅桿的直徑d,，通過簡單的比例換算,，可以得到另一個比較直觀的銅桿生產效率指標，即出銅平均速度V,，單位為m/min,，它和比重p及銅桿的直徑d是一個線形函數(shù)，如下所示:
Y＝K×p×d×V,，
其中K為比例系數(shù),，p和d是常數(shù)。
出銅平均速度V和銅桿節(jié)距L,、運行時間Ton和停止時間Toff有關:
V＝L/(Ton+Toff),，其中Ton和Toff又由加工工藝所決定。
在圖4中,，運行時間Ton又由升速時間Tr,、高速運行時間Tv和降速時間Td組成，即:
Ton＝Tr+Tv+Td;
在有限的Ton時間段內,，要保證銅桿節(jié)距達到L的設計值,，就必須使電機速度盡可能的高，而且在相當短的時間段內,，盡量縮短升速時間Tr和降速時間Td,，使電機在高速段有一定的運行時間，從而保證在Ton時間內的位移達到銅桿節(jié)距L的設計值,。
根據(jù)負載情況和用戶選用的減速機的減速比等數(shù)據(jù),，我們選用了21NM 2000r/min的電機。該伺服電機的電氣參數(shù)如下:空載電流I＝16A,，轉子慣量為1.29Kgm2×10－3,，對應該款伺服電機我們有BWS-BH-12和BWS-BH-16
75兩個驅動器規(guī)格可以選用?？紤]到功率元件IPM在PWM脈沖脈沖工作下的可利用系數(shù),，一般我們取K2＝1.4～1.5，根據(jù)算式:
Iipm＝ ×I×K1×K2;(其中K1為電機運行允許的過載倍數(shù));
我們分別取Iipm＝50和75,，可以很容易地得到1.5和2.2兩個結果。
電機轉速的動態(tài)變化過程,，其實就是伺服驅動器最大電流輸出的過程,，即轉矩的變化過程。當電機轉速從0迅速上升到額定轉速的瞬間，由于轉速環(huán)的閉環(huán)作用,，速度誤差最大,，轉速環(huán)即輸出最大正的轉矩值;當電機轉速從額定轉速迅速下降到0的瞬間，同理,，轉速環(huán)即輸出最大負的轉矩值[3],。因此，要取得較短的升速時間Tr和降速時間Td,，最大輸出轉矩(過載能力)越大越好,。所以，為了保證有較高的動態(tài)響應,，我們選用了過載倍數(shù)較大的KT270－75規(guī)格驅動器,。
根據(jù)試驗結果，我們得到在空載條件下,，KT270－75驅動16NM 2000r/min伺服電機的升速時間Tr(0～1000r/min)和降速時間Td(1000～0r/min),，分別為35.2ms和20ms。
一般來說,，帶上負載后的升速時間Tr和降速時間Td和空載條件下的Tr和Td成線形比例關系,，比例系數(shù)即為負載慣量和電機轉子慣量的比值。
較強的環(huán)境適應能力
由于高溫熔爐的加熱方式一般都采用電磁渦流加熱,，由大電流產生的磁場干擾特別嚴重,，會通過空間輻射影響驅動器，特別是在生產現(xiàn)場,，強弱走線不是嚴格分開,，干擾也會通過驅動器的進線接口耦合進入。在所有其它的干擾種類中,，輻射和耦合這兩種干擾對驅動器的正常工作影響最大,。
BWS-BBH系列交流伺服驅動系統(tǒng)由于采用了數(shù)字化技術，大部分的器件都是采用數(shù)字電路,。所有的模擬信號,，如電流、電壓等模擬信號在經過簡單的濾波處理后,，都立刻通過模數(shù)轉換電路轉換為數(shù)字量,，直接送入數(shù)字信號處理器(DSP)中，并根據(jù)不同的通道和信號采集要求,，在DSP中采用各種不同的軟件濾波方式濾波,，通過數(shù)字方式實現(xiàn)原來模擬電路才能完成的功能。
由于軟件濾波的靈活性,，可以靈活實現(xiàn)低通,、高通和陷波等濾波功能,，針對外部不同的干擾信號的特點，采用不同的濾波方式,，已達到理想的抗干擾能力,。
差動輸入具有平衡輸入的特點，可以減小共模向串模轉換的效率,，因此干擾對系統(tǒng)產生的影響也會大大降低,。BWS-BBH系列產品對一些敏感的信號都采用差動輸入接口方式:如模擬輸入接口、脈沖輸入接口,、編碼器反饋輸入接口都能對共模干擾有很強的抑制能力,，在實際應用中具有明顯的效果。
采用數(shù)字方式還有一個最大的好處就是對周圍環(huán)境抗干擾能力強,，無溫漂,、零漂等模擬電路所無法克服的缺陷。BWS-BBH伺服驅動器環(huán)境溫度適應能力很強,，不僅可以在－10℃左右正常通電運行,，也可以工作在高溫＋55℃的環(huán)境，因此,，完全可以在周圍有熔爐的高溫環(huán)境下工作,。還由于控制參數(shù)已經是數(shù)字量化了的，所以可以保證控制性能不會受溫度的影響有任何的改變,。
較高的可靠性
因為使用熔爐,，銅桿上引連鑄機一般都是處于連續(xù)24小時不間斷的工作狀態(tài)，這樣對整體的電氣系統(tǒng)在可靠性方面提出了很高的要求,。
BWS- BBH由于大量采用了含有較新技術含量,、集成度較高的器件或模塊，所以元器件少,，因而由于元器件質量或焊接質量引起的故障會降低,。另外，該系列產品還具有完善的監(jiān)視功能,，如電機的轉速,、當前位置、位置指令,、位置偏差,、電機轉矩、電機電流,、位置指令脈沖頻率,、轉子絕對位置等17個參數(shù)，可以方便用戶了解驅動器的工作狀態(tài),。
另外,，還有許多保護功能,，如驅動器過流、短路,、過載、主電路過壓/欠壓,、制動異常,、編碼器異常、超速和位置超差等,，最新的10個報警都會記錄在驅動器內,，以便于產品的維修及故障分析和判斷。

結語
綜上所述,，我們最終采用了PLC位置控制方式,，利用BWS伺服驅動系統(tǒng)相應速度快、適應能力強和可靠性高的特點,，應用于銅桿上引連鑄機上,，取得了良好的效果。