引言 拉絲機是金屬線材生產的重要設備，主要是將金屬線材拉拔成各種規(guī)格的細絲。從產品規(guī)格上可分為：大拉機、中拉機、小拉機以及細微拉。從機械結構上可分為：滑輪式、活套式、水箱式和直進式。在電線電纜行業(yè)，雙變頻細微拉應用十分廣泛。相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產企業(yè)，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進式拉絲機較多。特別是焊材生產企業(yè)，氣體保護焊絲、埋弧焊絲、鋁焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲、高強度焊絲以及最先進的藥芯焊絲，其對拉絲機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品的質量和產量。 深圳正弦電氣作為一家專業(yè)的變頻器制造商，所生產的拉絲機專用變頻器，以其卓越的性能贏得了電線電纜企業(yè)和焊絲生產企業(yè)的認可和好評。 一、拉絲機工作原理 直進式拉絲機是有多個拉拔頭組成的小型的連續(xù)生產設備，通過逐級拉拔，可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規(guī)格，所以工作效率比較高。但是，由于通過每一級的拉拔后，鋼絲的線徑發(fā)生了變化，所以每個拉拔頭工作線速度也應有變化。 根據(jù)拉模配置的不同，各個拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準是每個時刻通過拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即使以下公式成立： 其中 R：進線鋼絲的直徑 r： 出線鋼絲的直徑 V1：進線鋼絲的線速度 V2：出線鋼絲的線速度 直進式拉絲機的各個拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個拉拔頭同步運行。但是，以上的說明是基于理想狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)工作過程，由于機械傳動的誤差以及機械傳動的間隙，還有在起動、加速、減速、停止等動態(tài)的工作過程中，各個拉拔頭就無法保持同步，所以，我們在直進式拉絲機上采用了位移傳感器（如圖1所示），動態(tài)測量各個拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉換成標準信號（0/4～20mA或0～10V），用這個標準信號反饋給調速變頻器，變頻器用這個信號作閉環(huán)PID過程控制，在主速度上疊加上PID計算的調整量，保持各個張力檢測點的張力恒定，也就保證了直進式拉絲機工作在同步恒張力的工作狀態(tài)。 二、系統(tǒng)介紹 該套設備的作用是對藥芯焊絲的二次精拉。藥芯焊絲是用鋼帶卷曲為空心的鋼絲，卷曲的過程中，將特制的藥粉填充空心處，經(jīng)過拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再經(jīng)過二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我們調試的時候模具的配比如表1。 根據(jù)客戶要求，我們設計了11聯(lián)直進式拉絲機，該系統(tǒng)采用深圳正弦電氣新一代產品——完全電流矢量張力控制專用變頻器SINE309和拉絲機拉絲專用變頻器SINE311，系統(tǒng)配置如下圖1所示，人機界面+PLC+正弦變頻器。 [align=center] 圖1、直進式拉絲機系統(tǒng)示意圖[/align] 1、人機界面： 良好的人機接口，使操作簡潔方便，各種參數(shù)一目了然。 我們在界面上設計了多種功能功能——系統(tǒng)啟動、停車、跳卷、線速度設定、收卷點動、斷線保護有效、防護罩有效等，方便操作人員對設備進行操作和監(jiān)控。 2、PLC： PLC在整個系統(tǒng)中起著重要的作用——①得到人機的啟動信號后，PLC輸出使變頻器RUN與COM端子閉合，變頻器運行。②根據(jù)觸摸屏上設定的線速度，PLC的D/A模塊輸出0～10V的主速度信號，并按照30秒的加減速線性變化，如下圖2所示 [align=center] 圖2 PLC模擬量信號線性變化關系[/align] ③低速穿線時，需要前聯(lián)動、正轉點動、反轉點動和后聯(lián)動。 前聯(lián)動：我們以放線工字輪為最前，假如我們在4#塔輪處腳踏前聯(lián)動開關，應該是1#～4#機聯(lián)動，即PLC使1#～4#變頻器同時走點動頻率，以此類推。 正轉點動：當某臺塔輪上線材松動時，需要單獨點動該臺，其他塔輪不動作。 反轉點動：極少用到可以不設計。 后聯(lián)動：仍以放線工字輪為參照——最前，假如我們在4#塔輪處腳踏后聯(lián)動開關，應該是4#～11#機聯(lián)動。 3、變頻器 如圖1所示，機臺上有11個塔輪，其中1#～10#采用正弦SINE309拉絲機張力控制專用變頻器，分別對應位移傳感器。位移傳感器反饋給變頻器4～20mA的電流信號，變頻器以此保證線材的恒張力。11#采用正弦SINE311拉絲機拉絲專用變頻器，沒有張力機構。12#同樣采用正弦SINE309變頻器控制收線輪，與1#～10#不同的是，收線工字輪的卷徑在不斷的變化，而且還要保持線材恒張力，以免張力過大斷線或太松亂線。 在前面提到，我們拉拔的是藥芯焊絲，其材質較實心鋼絲柔軟很多。06年我們給客戶安裝的6套八聯(lián)和3套七聯(lián)直進式拉絲機，加工的都是高碳鋼絲或不銹鋼絲，材質堅硬，即使在調試過程中汽缸擺臂有較大晃動，也可能不會斷線。藥芯焊絲的硬度大約只有高碳鋼或不銹鋼絲的一半，在生產過程中就要求張力控制得很好，即汽缸擺臂幾乎不晃動，才能保證生產的高效。也就是要求變頻器有很好的張力控制能力。 三、正弦變頻器特點 ● 正弦變頻器采用磁場定向電流閉環(huán)矢量控制，電機變量完全解耦。 ● 采用美國TI公司最新款高性能32bit電機控制專用DSP，高速、準確完成復雜的控制算法，國內首家產品化應用。 ● 調速精度：0.01Hz ● 調速范圍：0.01～600.00Hz ● 沖擊負載：180%電機額定轉速，2秒內不跳脫。 ● 低頻轉矩：0.00 Hz，150%額定轉矩輸出。180%額定轉矩加速和減速。 SINE309系列拉絲機張力控制專用變頻器 1、型拉絲機收卷專用變頻器, 不用設定變頻器參數(shù)，出廠值即最佳參數(shù)，只需要按說明書正確接線，就可以開機正常工作； 2、所有動態(tài)參數(shù)：卷徑、傳動比、線徑，空盤、半盤、滿盤，低速、中速、高速，張力、斷線全部由變頻器內部自動處理； 3、不需要PID板，只需要外接操作開關、少量中間繼電器、指示燈和顯示儀表； 4、系統(tǒng)更簡潔、成本更低、維護更方便，同時，控制效果更佳，設備運行更穩(wěn)定； 5、張力平衡桿或位移傳感器在下限位、中間位或上限位，都可開機運行。自動跟蹤拉絲線速度，張力平衡桿或位移傳感器基本維持在中點位置； 6、變頻器與電機同功率配匹使用，不需要放大變頻器的容量； 7、適用于雙變頻、多變頻拉絲或收卷的張力控制應用場合，更換拉絲模具或機臺數(shù)時不需要調整任何參數(shù)。 SINE011系列拉絲機拉絲專用變頻器 1、傻瓜型拉絲機拉絲專用變頻器, 不用設定變頻器參數(shù)，出廠值即最佳參數(shù)，只需要按說明書正確接線，就可以開機正常工作。低速穿模、高速拉絲相互獨立； 2、無轉速死區(qū)，低速1Hz額定轉矩平穩(wěn)輸出，穿模、試機沒有材料損耗； 3、根據(jù)拉絲線材實際負載變化，自動調節(jié)輸出頻率，維持線速度恒定； 4、不分材質，可拉鋼絲、鐵絲、銅絲、鋁絲及其它材料； 5、變頻器與電機同功率匹配使用，不需要放大變頻器的容量。 四、安裝調試 （一）、1#～10#SINE309參數(shù)設置 說明： 1、F0.02=2 無PG矢量控制0——無PG開環(huán)矢量控制 電動機的轉速信息只是實時估算，而不進行反饋控制，電流全程實時閉環(huán)控制，，0.50Hz輸出達150%的額定力矩，自動跟蹤負載的變化并自動限定輸出電流，使其不超過允許的最大電流值。即使負載突變、快速加減速，變頻器也不發(fā)生故障，實現(xiàn)通用變頻器配置的高性能、高可靠性。 2、F0.08=002 過程PID輸入方式——PID調節(jié)器有效 3、F7.08=10 PID調節(jié)器輸出+前饋輸出 即GFK＊VS+K2＊UPID 。其中K1為F7.12前饋輸入增益GFK，K2為F7.13 PID輸出增益，VS為主速度信號，由PLC的D/A模塊提供，UPID 為PID的調節(jié)信號。此方式特別適合張力閉環(huán)PID控制，取消外部PID控制器。K1隨收線卷卷徑自動調節(jié)，直至收放設備的最佳實時傳動比。 4、FB.00=10 0～前饋增益上限 如上所說，GFK隨收線卷卷徑自動調節(jié)，直至收放設備的最佳實時傳動比。達到最佳狀態(tài)時GFK的值確定后，可以將此參數(shù)十位改為0前饋增益不變化。 （二）、調試 1、變送器模式：位移傳感器感應面接近金屬時，反饋的模擬量信號就越弱，反之便越強。調試時，要根據(jù)凸輪曲面與傳感器感應面的變化規(guī)律，選擇變送器模式。 例如本案例中，當汽缸擺臂在下限位時，凸輪曲面與傳感器感應面離得最近，即反饋到變頻器的信號最弱約0.05V，此時說明1#機轉快了，應該放慢速度，這樣PID就是反作用。反之則為正作用。 2、由于機臺比較大，所有11臺11KW電機等都與機臺直接接觸，高速生產過程中，難免有震動。再加上生產過程中由于線材原因難免斷線，汽缸擺臂的碰撞可能會使凸輪松動或傳感器位置偏移，除了安裝時將其緊固外，過一段時間要檢查一下傳感器反饋給變頻器的信號是否在0～10V內，最好不要存在死區(qū)或死區(qū)范圍不能太大。否則直接影響變頻器對線材張力做出正確判斷。具體方法如下： [align=center] 圖1 位移傳感器與汽缸擺臂[/align] 將凸輪和傳感器緊固后，用手均勻推動汽缸擺臂，使其在上下限位置平滑移動，觀察SINE309變頻器監(jiān)視功能代碼C25——PID運算反饋，看其是否在0.000～10.000內成線性變化，不能有跳躍或死區(qū)。 3、張力機的調試 所謂張力機就是成品收卷部分，由于客戶以前的老設備都采用的是力矩電機、直流電機或磁粉離合器收卷，習慣上把這部分叫做張力機?？蛻粼?jīng)試過采用變頻收卷，但效果都不很滿意。當?shù)弥覀儾捎米冾l收線時，客戶還有些擔心，但調試結果使客戶很滿意。 12#收卷變頻器同樣采用正弦SINE309變頻器，唯一不同的是，1#～10#變頻器塔輪上的卷徑?jīng)]有變化，而12#則所生產的進行，工字輪卷徑不斷增大。SINE309變頻器通過實時卷徑自動計算，調節(jié)轉速，保持線速度一定。PID自動調節(jié)使張力輪始終處在中間位置，保持恒張力。 張力機構采用張力輪的形式，如圖所示 4、PID閉環(huán)控制的參數(shù)調整 設定變頻器的過程PID閉環(huán)控制方式有效，通過反饋信號觀測系統(tǒng)的輸出，根據(jù)輸出波形調整PID控制器的參數(shù)，一般采用如下的規(guī)律調節(jié)： ● 在輸出不振蕩時，增大比例增益GP ● 在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)GTi ● 在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)GTd 實際調節(jié)時，可按如下步驟調整PID參數(shù)： 抑制輸出超調：縮短微分時間常數(shù)Td，延長積分時間常數(shù)Ti。如圖所示。 [align=center] 圖抑制輸出超調[/align] 抑制輸出周期振蕩：減小微分時間常數(shù)Td或使其為0，減小比例增益P。所示。 [align=center] 圖抑制輸出周期振蕩[/align] 五、總結 德州聚力焊材從06年至今已經(jīng)先后使用正弦變頻器配套3套6聯(lián)滑輪式、9套8聯(lián)直進式拉絲機和1套11聯(lián)直進式拉絲機，使用一年多，生產效率大幅提高，且故障率低，維護方便，客戶非常滿意。 參考文獻《SINE300系列矢量控制變頻器使用說明書》