摘要

　　新科瑞C500系列變頻器助力晉州某拉絲機(jī)現(xiàn)場兩條生產(chǎn)線穩(wěn)定生產(chǎn)，一臺22kw，8臺18.5kw，1臺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。相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產(chǎn)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(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)啟動前，須手工將原材料前端打磨并逐級通過模具。現(xiàn)場一般是通過腳踏開關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)點(diǎn)動低速轉(zhuǎn)動，同時采用工具將絲線從模具的前端牽拉到后端，通過模具后的絲線為了能夠通過下一級模具，先要將其前端打磨或拉細(xì)，后才可以通過下一級模具。在這個工藝環(huán)節(jié)里，要求電機(jī)在啟動和低速運(yùn)行時力矩大且穩(wěn)定，運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，而且在減速停機(jī)時電機(jī)沒有反轉(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)通常是由多臺電機(jī)控制，經(jīng)過多個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，張力平衡桿波動小，不斷絲不松絲。

　　3、收卷

　　收卷部分由一臺獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)過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，系統(tǒng)提供自動檢測停機(jī)功能。在整個工藝過程中，不管是啟動加速、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。在這個工藝環(huán)節(jié)里，要求有一個排線裝置來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)的速度來控制。根據(jù)機(jī)械設(shè)計的要求，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)行過程中，若出現(xiàn)緊急情況，要求整個設(shè)備快速停下來。該工藝過程要求停機(jī)過程結(jié)束后絲線不會被拉斷，這樣才可以保證下次可以順利啟動。

　　設(shè)備運(yùn)行過程中，若設(shè)備檢測出斷線或者其它故障，整個設(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)備輸出抱閘信號控制抱閘電路工作，以使得機(jī)器能快速停下來。當(dāng)然也可以在變頻器內(nèi)部增加制動電阻來控制整機(jī)快速停止。

　　2、系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由N臺通用變頻器和一臺張力專用變頻器組成。

　　每一臺通用變頻器控制一臺獨(dú)立的電機(jī)，線材通過不同的模具逐級拉伸。根據(jù)線材體積不變的原理，隨著線材越拉越細(xì)，線材將會越變越長，這樣就要求后端電機(jī)線速度要高于前端電機(jī)線速度。前一級電機(jī)的主頻率來源于后一級電機(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臺電機(jī)以固定的頻率運(yùn)行，頻率給定可以來源于通信RS485設(shè)定，外部電位器或者數(shù)字設(shè)定，第1~N-1臺電機(jī)使用復(fù)合A B頻率運(yùn)行的方式，主頻率來源于后一級電機(jī)的運(yùn)行頻率，輔給定都是來源于氣臂平衡桿PID控制。

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

　　收卷電機(jī)由一臺張力專用變頻器控制，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環(huán)調(diào)節(jié)模式。

　　系統(tǒng)通過一個DI信號控制第N臺電機(jī)的運(yùn)行，而前一級電機(jī)的運(yùn)行信號來源于后一級電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，收卷電機(jī)的運(yùn)行信號也是來源于第N臺電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

　　每一臺變頻器都提供斷線(故障)檢測功能，若系統(tǒng)檢測出斷線會馬上輸出一個信號到抱閘電路，抱閘電路控制整機(jī)停止運(yùn)行，同時該信號會以外部故障的狀態(tài)傳遞給每一臺變頻器。斷線檢測的方式有PID反饋檢測和DI信號輸入。

　　3、點(diǎn)動

　　為實(shí)現(xiàn)手動穿模，系統(tǒng)支持點(diǎn)動功能。用戶可以通過設(shè)置點(diǎn)動頻率(E0.00)，點(diǎn)動加速時間(E0.01)和點(diǎn)動減速時間(E0.02)來實(shí)現(xiàn)穿模的速度。

　　現(xiàn)場通常使用端子來控制點(diǎn)動，用戶通過設(shè)置X端子功能為正轉(zhuǎn)點(diǎn)動或者反轉(zhuǎn)點(diǎn)動即可。

　　點(diǎn)動停止的方式可以通過點(diǎn)動減速模式(E0.03)來控制。

　　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，控制方式與之前開環(huán)張力模式類似，只是系統(tǒng)多了一個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是卷盤半徑。同時張力氣臂平衡桿接入變頻器AI，通過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越小的。

　　當(dāng)卷盤的卷徑到達(dá)最大卷徑時，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，可以通過一個DI信號將當(dāng)前卷徑復(fù)位到空卷卷盤卷徑。

　　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)動穿模，運(yùn)行速度穩(wěn)定，力矩大。

　　同步響應(yīng)速度快。

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

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

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

　　提供多種斷線檢測功能。

　　提供換卷卷徑復(fù)位功能。

　　提供滿卷停機(jī)功能。