從20世紀90年代開始，我國電線電纜行業迅速發展，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展，多線多模高速拉絲機的出現，對銅桿的要求越來越高，小規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展，對銅導線的質量要求越來越高，為了獲得優質的光亮銅桿，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，為電線電纜行業提供了由電解銅板直接生產φ8鑄態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" title="驅動系統">驅動系統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在經歷了幾個發展、演變過程:
傳統凸輪方式
傳統的方法，是采用BWS交流異步電動機連續運轉，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，而且現場噪聲大;采用BWS伺服控制驅動系統，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，我們采用數控控制方式，將我公司生產的車床數控系統替代PLC，根據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距L的一致性。其工作方式如圖2所示:
采用數控控制方式可以與大部分的伺服驅動系統連接，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展，數字化技術在驅動產品上的應用，數字式的伺服驅動器可以具有位置閉環功能，即可以接受外部上位機(如PLC)發出的脈沖信號，脈沖信號的頻率對應電機的運行速度，脈沖的個數對應電機運轉的角度。而且隨著電力電子技術的發展，數字式伺服驅動系統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采用DSP(數字信號處理器)芯片，該芯片專用于大量數據的實時分析和處理，可以高效地完成位置環、速度環和電流環三環的閉環運算，輕易地對電機進行矢量控制和最優化控制，不僅使電機運行平穩，而且動態響應快、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控系統組成位置閉環系統，也可以很方便地與脈沖輸出的經濟型數控或PLC系統連接，以實現對銅桿牽引的控制。
另外，由于BWS伺服驅動系統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)，大大方便了系統工藝參數的調整。
該伺服驅動系統過去一直和數控系統配套，在機床行業的應用已經有了數年的經驗，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。冶金行業和這些行業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有著更特殊的要求，要求有更快的響應速度、更強的環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；不穩定的牽引速度又會使銅桿生成過程不均勻，極易出現裂縫，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，產出的銅桿噸數少，而這對冶煉行業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，如下所示:
Y＝K×p×d×V，
其中K為比例系數，p和d是常數。
出銅平均速度V和銅桿節距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距L的設計值。
根據負載情況和用戶選用的減速機的減速比等數據，我們選用了21NM 2000r/min的電機。該伺服電機的電氣參數如下: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
75兩個驅動器規格可以選用。考慮到功率元件IPM在PWM脈沖脈沖工作下的可利用系數，一般我們取K2＝1.4～1.5，根據算式:
Iipm＝ ×I×K1×K2;(其中K1為電機運行允許的過載倍數);
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，由于轉速環的閉環作用，速度誤差最大，轉速環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響應，我們選用了過載倍數較大的KT270－75規格驅動器。
根據試驗結果，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，比例系數即為負載慣量和電機轉子慣量的比值。
較強的環境適應能力
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由于采用了數字化技術，大部分的器件都是采用數字電路。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，都立刻通過模數轉換電路轉換為數字量，直接送入數字信號處理器(DSP)中，并根據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，通過數字方式實現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。
采用數字方式還有一個最大的好處就是對周圍環境抗干擾能力強，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℃的環境，因此，完全可以在周圍有熔爐的高溫環境下工作。還由于控制參數已經是數字量化了的，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24小時不間斷的工作狀態，這樣對整體的電氣系統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，可以方便用戶了解驅動器的工作狀態。
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。