摘要

　　新科瑞C500系列變頻器助力晉州某拉絲機(jī)現(xiàn)場(chǎng)兩條生產(chǎn)線穩(wěn)定生產(chǎn)，一臺(tái)22kw，8臺(tái)18.5kw，1臺(tái)15kw，精準(zhǔn)控制，節(jié)能增效。

　　引言

　　拉絲機(jī)是金屬線材生產(chǎn)的重要設(shè)備，主要是將金屬線材拉拔成各種規(guī)格的細(xì)絲。從產(chǎn)品規(guī)格上可分為：大拉機(jī)、中拉機(jī)、小拉機(jī)以及細(xì)微拉。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上可分為：滑輪式、活套式、水箱式和直進(jìn)式。在電線電纜行業(yè)，雙變頻細(xì)微拉應(yīng)用十分廣泛。相對(duì)而言，其要求的控制性能也較低，而對(duì)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進(jìn)式拉絲機(jī)較多。特別是焊材生產(chǎn)企業(yè)，氣體保護(hù)焊絲、埋弧焊絲、鋁焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲、高強(qiáng)度焊絲以及最先進(jìn)的藥芯焊絲，其對(duì)拉絲機(jī)的電氣控制要求很高。變頻器作為主要的電氣控制部分，它的性能，特別是張力控制的精度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

　　一、工藝需求

　　1、穿模

　　整機(jī)啟動(dòng)前，須手工將原材料前端打磨并逐級(jí)通過(guò)模具。現(xiàn)場(chǎng)一般是通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)采用工具將絲線從模具的前端牽拉到后端，通過(guò)模具后的絲線為了能夠通過(guò)下一級(jí)模具，先要將其前端打磨或拉細(xì)，后才可以通過(guò)下一級(jí)模具。在這個(gè)工藝環(huán)節(jié)里，要求電機(jī)在啟動(dòng)和低速運(yùn)行時(shí)力矩大且穩(wěn)定，運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，而且在減速停機(jī)時(shí)電機(jī)沒(méi)有反轉(zhuǎn)。

　　2、拉絲

　　手工完成穿模后就可以整機(jī)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)連續(xù)的拉伸了。直進(jìn)式拉絲機(jī)通常是由多臺(tái)電機(jī)控制，經(jīng)過(guò)多個(gè)拉伸模具后一次性把原材料拉到所需線徑大小的成品。在這個(gè)工藝環(huán)節(jié)里，要求電機(jī)響應(yīng)速度快，線材張力恒定，張力平衡桿波動(dòng)小，不斷絲不松絲。

　　3、收卷

　　收卷部分由一臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)拉伸后的成品需要同步地纏繞在工字輪上。隨著纏繞在工字輪上的線材越來(lái)越厚，電機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)變慢。當(dāng)收卷的厚度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)提供自動(dòng)檢測(cè)停機(jī)功能。在整個(gè)工藝過(guò)程中，不管是啟動(dòng)加速、停機(jī)減速還是穩(wěn)定恒速的情況下都要求收卷電機(jī)和前端電機(jī)運(yùn)行的線速度同步，不斷絲不松絲，要求收卷電機(jī)調(diào)速響應(yīng)快，速度控制精確。

　　4、排線

　　通常成品線材是層繞在工字輪上的，在工字輪的橫軸上，線材應(yīng)該一圈一圈平行緊密地排列。在這個(gè)工藝環(huán)節(jié)里，要求有一個(gè)排線裝置來(lái)完成線材在橫軸上端到下端往復(fù)的排列成品線材。排線裝置來(lái)回往復(fù)的速度可以是定速也可以根據(jù)收卷電機(jī)的速度來(lái)控制。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，排線的實(shí)現(xiàn)有很多種方案，比如機(jī)械，變頻等。

　　二、系統(tǒng)解決方案

　　1、急停抱閘

　　設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，若出現(xiàn)緊急情況，要求整個(gè)設(shè)備快速停下來(lái)。該工藝過(guò)程要求停機(jī)過(guò)程結(jié)束后絲線不會(huì)被拉斷，這樣才可以保證下次可以順利啟動(dòng)。

　　設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，若設(shè)備檢測(cè)出斷線或者其它故障，整個(gè)設(shè)備需要馬上停止工作。設(shè)備外部可提供抱閘電路，由設(shè)備輸出抱閘信號(hào)控制抱閘電路工作，以使得機(jī)器能快速停下來(lái)。當(dāng)然也可以在變頻器內(nèi)部增加制動(dòng)電阻來(lái)控制整機(jī)快速停止。

　　2、系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由N臺(tái)通用變頻器和一臺(tái)張力專(zhuān)用變頻器組成。

　　每一臺(tái)通用變頻器控制一臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)，線材通過(guò)不同的模具逐級(jí)拉伸。根據(jù)線材體積不變的原理，隨著線材越拉越細(xì)，線材將會(huì)越變?cè)介L(zhǎng)，這樣就要求后端電機(jī)線速度要高于前端電機(jī)線速度。前一級(jí)電機(jī)的主頻率來(lái)源于后一級(jí)電機(jī)，變頻器可使用脈沖方式或者模擬電壓方式傳輸當(dāng)前電機(jī)運(yùn)行的頻率。

　　第N臺(tái)電機(jī)以固定的頻率運(yùn)行，頻率給定可以來(lái)源于通信RS485設(shè)定，外部電位器或者數(shù)字設(shè)定，第1~N-1臺(tái)電機(jī)使用復(fù)合A B頻率運(yùn)行的方式，主頻率來(lái)源于后一級(jí)電機(jī)的運(yùn)行頻率，輔給定都是來(lái)源于氣臂平衡桿PID控制。

　　氣臂主要用來(lái)感應(yīng)線材張力，通過(guò)AI信號(hào)傳入變頻器，系統(tǒng)使用PID功能微調(diào)變頻器速度。若張力過(guò)大，變頻器將適當(dāng)降低頻率，若張力過(guò)小，變頻器將適當(dāng)增加頻率。這樣可以使得線材拉絲過(guò)程更加平穩(wěn)，不會(huì)斷絲松絲。

　　收卷電機(jī)由一臺(tái)張力專(zhuān)用變頻器控制，支持帶張力擺桿的閉環(huán)調(diào)節(jié)模式和不帶張力擺桿開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)模式。

　　系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)DI信號(hào)控制第N臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，而前一級(jí)電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)來(lái)源于后一級(jí)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，收卷電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)也是來(lái)源于第N臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

　　每一臺(tái)變頻器都提供斷線(故障)檢測(cè)功能，若系統(tǒng)檢測(cè)出斷線會(huì)馬上輸出一個(gè)信號(hào)到抱閘電路，抱閘電路控制整機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)該信號(hào)會(huì)以外部故障的狀態(tài)傳遞給每一臺(tái)變頻器。斷線檢測(cè)的方式有PID反饋檢測(cè)和DI信號(hào)輸入。

　　3、點(diǎn)動(dòng)

　　為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)穿模，系統(tǒng)支持點(diǎn)動(dòng)功能。用戶可以通過(guò)設(shè)置點(diǎn)動(dòng)頻率(E0.00)，點(diǎn)動(dòng)加速時(shí)間(E0.01)和點(diǎn)動(dòng)減速時(shí)間(E0.02)來(lái)實(shí)現(xiàn)穿模的速度。

　　現(xiàn)場(chǎng)通常使用端子來(lái)控制點(diǎn)動(dòng)，用戶通過(guò)設(shè)置X端子功能為正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)或者反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)即可。

　　點(diǎn)動(dòng)停止的方式可以通過(guò)點(diǎn)動(dòng)減速模式(E0.03)來(lái)控制。

　　4、閉環(huán)控制模式

　　收卷變頻器接有張力氣臂平衡桿，系統(tǒng)可以使用張力控制模式，或者是VF/矢量控制。

　　使用張力控制模式時(shí)，控制方式與之前開(kāi)環(huán)張力模式類(lèi)似，只是系統(tǒng)多了一個(gè)PID閉環(huán)進(jìn)行張力微調(diào)，以保證線上張力更加平穩(wěn)。

　　若使用VF/矢量控制，系統(tǒng)可以根據(jù)線速度恒定原則進(jìn)行卷徑計(jì)算，V=f*PI*R，其中V是前端線速度，f是變頻器參考頻率，R是卷盤(pán)半徑。同時(shí)張力氣臂平衡桿接入變頻器AI，通過(guò)PID進(jìn)行閉環(huán)微調(diào)。隨著卷徑的變大，而其前端的線速度穩(wěn)定的情況下，變頻器的參考的頻率是越變?cè)叫〉摹?/p>

　　當(dāng)卷盤(pán)的卷徑到達(dá)最大卷徑時(shí)，系統(tǒng)可以設(shè)置變頻器停機(jī)或者繼續(xù)運(yùn)行。

　　系統(tǒng)提供卷徑復(fù)位功能，當(dāng)用戶換卷時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)DI信號(hào)將當(dāng)前卷徑復(fù)位到空卷卷盤(pán)卷徑。

　　三、產(chǎn)品特點(diǎn)

　　工作效率高，可一次將線材拉成成品。

　　低速點(diǎn)動(dòng)穿模，運(yùn)行速度穩(wěn)定，力矩大。

　　同步響應(yīng)速度快。

　　整個(gè)系統(tǒng)只需要一臺(tái)張力專(zhuān)用變頻器，其它的使用通用變頻器即可，較大的縮減了成本。

　　張力專(zhuān)用變頻器提供閉環(huán)張力控制和開(kāi)環(huán)張力控制兩種不同的控制方式。

　　提供卷徑計(jì)算功能，使得卷線過(guò)程更加平穩(wěn)，張力擺桿擺幅小，不斷絲不松絲。

　　提供多種斷線檢測(cè)功能。

　　提供換卷卷徑復(fù)位功能。

　　提供滿卷停機(jī)功能。