本发明涉及一种拉丝机自动排线控制方法，更具体的说，尤其涉及一种的拉丝机自动排线控制方法。
背景技术：
1、拉丝机又称拔丝机，从机械结构上分为直径式、活套式和水箱式拉丝机等。拉丝机是一种将金属、塑料、竹木等材料通过模具拉拔成长而细丝材的工艺设备，主要由电动机、变速机构、模具及润滑设备组成，是现代工业生产中常用的机械设备，在五金加工、机械制造、石油化工、塑料竹木制品，电线电缆等行业应用十分广泛。
2、目前拉丝机通过主拉电机、收线电机及排线电机三合一集成控制装置，可实现三者精准同步控制。市场现有拉丝机电控产品较多，准确的张力和频率控制不再是难题。越来越多的客户关注排线平整及均匀度问题，由于拉丝模具的磨损及工艺误差原因，容易导致拉丝机长时间运行后出现跑号和缩径现象，出现排线两边翘或两边塌的问题，无法达到退火工艺的标准要求，导致频繁的返工。目前传统的排线方法是操作工人根据当前收线盘排线效果手动调节层绕系数和排丝间距等工艺参数，该方法严重依赖工人经验，操作反复次数多，而且更换丝径规格后需要重新调整参数，严重增加生产材料和人工成本，降低了生产效率。
技术实现思路
1、本发明为了克服上述技术问题的缺点，针对目前市场拉丝机电控产品或技术中，跑号和缩径现象导致两边翘和两边塌异常排线问题，需要手动调节层绕系数和排丝间距工艺参数，严重依赖人工经验，以及对丝径规格鲁棒性差等一系列问题提出一种新的拉丝机自动排线控制方法，可以有效的减少生产材料和人工成本，提高生产效率。
2、本发明的拉丝机自动排线控制方法，拉丝机由主拉电机、收线电机、排线电机、拉丝机控制系统、放线盘、塔轮、拉丝模具、定速轮、张力摆杆、排线导轮和收线盘构成，拉丝模具置于塔轮上，放线盘上的丝材依次绕过拉丝模具、定速轮、张力摆杆和排线导轮后缠绕在收线盘上；主拉电机、收线电机和排线电机分别经第一传动装置、第二传动装置和第三传动装置依次驱使塔轮和定速轮、收线盘、排线导轮运动，第一、第二和第三传动装置均为皮带传动装置；拉丝机控制系统经主拉电机控制模块、收线电机控制模块和排线电机控制模块分别控制主拉电机、收线电机和排线电机的运行；排线电机采用步进电机；其特征在于，拉丝机自动排线控制方法为：
3、首先，通过预设的主拉电机运行频率和第一传动装置的传动比，或者通过测速装置实时采集定速轮运行频率，结合定速轮直径计算定速轮上实时线速度；然后，由收线电机频率及第二传动装置的传动比，计算收线盘上的实时卷径，结合收线盘斜坡长度和斜坡高度计算目标斜边调整量，乘以排线电机的预设步进细分值，再除以排线导轮的丝杆导程得到最终的排线电机控制脉冲数；同时，在线辨识收线盘空盘和满盘状态的同步增益，提高张力摆杆控制稳定性；在线辨识收线盘的层绕系数，以满足收线盘的自动排线和手动排线的在线切换；当收线过程中出现收线盘两边塌陷或者两边翘起的问题时，根据收线侧pid作用输出频率的变化趋势，在线调整收线盘的斜边调整系数，以消除收线盘塌陷或翘起的问题。
4、本发明的拉丝机自动排线控制方法，包括以下步骤：
5、a).计算满盘卷径；记收线盘的空盘行程为x、空盘卷径为y、斜边高度为a、斜板沿收线盘轴线的长度为b；通过公式(1)计算满盘卷径droll_full：
6、droll_full＝y+2·a(1)
7、b).获取定速轮线速度；利用步骤b-1)或步骤b-2)获取定速轮的主拉牵引线速度vline_aim；
8、b-1).首先获取用户输入的主拉电机目标频率f主拉，再通过公式(2)计算出第一传动装置的传动比i主拉，进而得到定速轮的运行频率；
9、i主拉＝i1·i2·i3...in (2)
10、其中，i1、i2、i3...in为第一传动装置存在n级传动情况下的n级传动比；
11、利用直尺游标卡尺测量定速轮与丝材直接贴合内壁直径d定速轮，通过公式(3)计算速轮的主拉牵引线速度vline_aim：
12、
13、b-2).通过在定速轮侧安装霍尔开关或接近开关，安装的霍尔开关或接近开关的有效动作点数目为npulse，拉丝机控制系统利用测速模块计算出1s单位时间内霍尔开关或接近开关累计输出的脉冲个数nsum_pulse，测量定速轮与线材直接贴合内壁直径d定速轮，利用公式(4)计算速轮的主拉牵引线速度vline_aim：
14、
15、c).计算收线侧传动比；定速轮和收线盘的线速度是一致的，第二传动装置采用一级皮带传动，测量收线电机输出轴上主动带轮的直径，记为d收线，与放线盘筒轴连接的从动带轮的直径为d卷轴，利用公式(5)计算第二传动装置的传动比i收线：
16、
17、i收线即为收线侧传动比；
18、d).获取收线电机频率；定义收线电机输出频率为f收线，张力摆杆pid作用输频率为fpid，收线电机相对于主拉电机的同步增益为gsyn，具有如下关系：
19、f收线＝f主拉·gsyn+fpid (6)
20、由公式(6)得到如下公式(7)：
21、
22、当张力摆杆pid作用输出频率fpid等于0时，从机同步增益gsyn为收线电机频率f收线与主拉电机给定频率f主拉之间的比值；
23、e).获取收线盘当前卷径；定义收线盘当前卷径为droll，通过公式(8)计算出收线盘当前卷径droll：
24、
25、其中，p为收线电机的极对数；
26、f).建立空盘与满盘增益关系；当收线盘处于空盘和满盘状态时，收线电机的同步增益gsyn分别表示为从机空盘同步增益gsyn_null和从机满盘同步增益gsyn_full与gsyn_null之间存在如下关系：
27、
28、g).获取收线电机目标频率；设收线电机的估算频率为f估算收线，当收线盘为空盘时，通过公式(7)得出收线电机的估算频率f估算收线如公式(10)所示：
29、
30、然后通过公式(11)得到收线电机空盘同步增益gsyn_null：
31、
32、然后，将公式(11)中获得的电机空盘同步增益gsyn_full，带入通过公式(9)计算得到收线电机的满盘同步增益gsyn_full；
33、h).获取实时同步增益；随着收线盘卷径的逐渐增加，由公式(12)获得实时的收线电机同步增益gsyn：
34、
35、将经公式(11)获得的电机空盘同步增益gsyn_null、公式(1)获得的满盘卷径droll_full以及公式(8)获得收线盘当前卷径droll带入公式(12)中，获取实时更新的收线电机同步增益gsyn，将gsyn带入公式(6)获得收线电机输出频率为f收线，利用f收线作为目标频率控制收线电机的运行，以保证张力摆杆pid作用输频率为fpid一直保持在0hz附近波动，以提高张力摆杆控制的稳定性，在快速加减速过程中仍然能保证不断丝，不松丝。
36、本发明的拉丝机自动排线控制方法，包括如下步骤：
37、1).定义斜边增长量；定义收线盘的在绕丝过程中的斜边增长量为δ；由相似三角形原理得到δ表达式如下：
38、
39、2).调整斜边增长量；由于定速轮上丝材打滑、传动比计算误差、线速度测量精度偏差、拉丝模具磨损原因，会导致由式(13)计算的斜边增长量δ不是最优值，因此引入斜边调整系数k，最终使用的斜边增长量δfinal表示为：
40、δfinal＝δ·k (14)
41、拉丝机处于停机状态时，斜边调整系数k等于预设初始值kini；
42、当收线盘为直边工字轮时，设置斜边长度b等于0，此时斜边增长量δ等于0；当收线盘为斜边锥字轮时，设置斜边长度b＞0，δ＞0；
43、3).计算层绕系数；定义排线丝杆上的排线导轮从收线盘左侧移动到右侧为一个排线行程，实时记录排线行程数量ntrip和单次排线行程所需时间ttrip，丝材的丝径规格定义为dwire，则自动排线模式下辨识出的层绕系数glayer_auto由下式得到：
44、
45、当霍尔开关或接近开关异常导致定速轮的线速度计算异常时，此时在线从自动排线模式切换到手动排线模式，并将手动模式下的层绕系数glayer_man更新为自动排线模式下辨识出的glayer_auto；同样当霍尔开关或接近开关线速度测量恢复正常后，自动从手动排线模式切换到自动排线模式；由步进电机构成的排线电机根据层绕系数对排线导轮的排线行程长度进行控制，排线行程长度与层绕系数成正比关系；通过自动排线模式和手动模式的在线切换机制，能够时刻保证排线的平整度和均匀度。
46、本发明的拉丝机自动排线控制方法，包括如下步骤：
47、a).增加斜边调整系数；实时采样排线方向改变时刻张力摆杆的pid反馈值，当满足小于预设的pid反馈下限阈值条件时，记录此时的pid反馈值为pid反馈最低值pid_fedlowest，反之不处理；当条件满足第二次时，备份pid_fedlowest为pid_fedlowest_bak1；当条件满足第三次时，备份pid_fedlowest_bak1为pid_fedlowest_bak2；然后，判断相邻两次出现最低值的时间差值tdelta，与单次丝杆行程时间ttrip比较，若tdelta和ttrip相等达到连续设定的次数时，判定收线盘的两端出现了塌陷；或者，通过实时采样排线方向改变时刻的收线卷径和收线盘中间位置卷径，分别定义为droll_left、droll_right、droll_mid，当droll_left和droll_right减去droll_mid的差值均小于0，且差值绝对值大于预设阈值，并持续出现设定的次数时，此时判定收线盘的两端出现了塌陷；
48、此时，在斜边调整系数k值在kini基础上增加预设的斜边调整系数增长量kδ，由式(16)得到新的斜边调整系数k：
49、k＝kini+kδ (16)
50、b).减少斜边调整系数；实时采样排线方向改变时刻张力摆杆的pid反馈值，当满足大于预设的pid反馈上限阈值条件时，记录此时的pid反馈值为pid反馈最高值pid_fedhighest，反之不处理；当条件满足第二次时，备份pid_fedhighest为pid_fedhighest_bak1；当条件满足第三次时，备份pid_fedhighest_bak1为pid_fedhighest_bak2；然后，判断相邻两次出现最高值的时间差值tdelta，与单次丝杆行程时间ttrip比较，若tdelta和ttrip相等达到连续设定的次数时，判定收线盘的两端出现了翘起；或者，通过实时采样排线方向改变时刻的收线卷径和收线盘中间位置卷径，分别定义为droll_left、droll_right、droll_mid，当droll_left和droll_right减去droll_mid的差值均大于0，且差值绝对值大于预设阈值，并持续出现设定的次数时，此时判定收线盘的两端出现了翘起；
51、此时，在斜边调整系数k值在kini基础上减少预设的斜边调整系数增长量kδ，由式(17)得到新的斜边调整系数k：
52、k＝kini-kδ (17)。
53、本发明的拉丝机自动排线控制方法，步骤a)和步骤b)中，判断的具体次数可根据实际情况调整，不限于三次；tdelta和ttrip相等达到连续设定的次数以及tdelta和ttrip相等达到连续设定的次数为判断的具体次数减1。
54、本发明的有益效果是：本发明的拉丝机自动排线控制方法，首先根据主拉电机预设的运行频率或者采集的定速轮的运行频率，结合定速轮直径计算出定速轮的实时线速度；然后，由收线电机频率及传动比计算出收线盘的实时卷径，并结合收线盘尺寸得到收线电机的实时同步增益，进而得到收线电机的运行频率；控制收线电机按照运行频率运行，不仅保证了张力摆杆控制的稳定性，而且在快速加减速过程中仍然能保证不断丝，不松丝。同时，在线辨识收线盘的层绕系数，以满足收线盘的自动排线和手动排线的在线切换；当收线过程中出现收线盘两边塌陷或者两边翘起的问题时，根据收线侧pid作用输出频率的变化趋势，在线调整收线盘的斜边调整系数，以消除收线盘塌陷或翘起的问题。
55、本发明所提出的拉丝机自动排线控制方法，能够有效的改善拉丝机排线平整度和均匀度，无需操作工人手动调节排线参数，减少经验依赖。当排线过程中出现跑号现象导致两边翘或缩径现象导致的排线两边塌问题时，可以实现在线斜边调整量系数调节，短时间内快速恢复平整均匀。该方法对丝径规格变化鲁棒性强，不同的丝径规格下均能够达到良好的自动排线效果。此外，在自动排线过程中，能够在线更新从机同步增益及排线层绕系数，实现自动排线模式和手动排线模式的在线切换，有效提升收线张力控制稳定性，本发明适用金属、塑料、竹木等不同材质拉丝机类型，可以有效的减少生产材料和人工成本，提高生产效率。
1.一种拉丝机自动排线控制方法，拉丝机由主拉电机(1)、收线电机(2)、排线电机(3)、拉丝机控制系统(4)、放线盘(5)、塔轮(6)、拉丝模具(8)、定速轮(7)、张力摆杆(9)、排线导轮(10)和收线盘(11)构成，拉丝模具置于塔轮上，放线盘上的丝材依次绕过拉丝模具、定速轮、张力摆杆和排线导轮后缠绕在收线盘上；主拉电机、收线电机和排线电机分别经第一传动装置(12)、第二传动装置(13)和第三传动装置(14)依次驱使塔轮和定速轮、收线盘、排线导轮运动，第一、第二和第三传动装置均为皮带传动装置；拉丝机控制系统经主拉电机控制模块(16)、收线电机控制模块(17)和排线电机控制模块(18)分别控制主拉电机、收线电机和排线电机的运行；排线电机采用步进电机；其特征在于，拉丝机自动排线控制方法为：
2.根据权利要求1所述的拉丝机自动排线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的拉丝机自动排线控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的拉丝机自动排线控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的拉丝机自动排线控制方法，其特征在于：步骤a)和步骤b)中，判断的具体次数可根据实际情况调整，不限于三次；tdelta和ttrip相等达到连续设定的次数以及tdelta和ttrip相等达到连续设定的次数为判断的具体次数减1。
