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變頻器在拉絲機械上的應用

發布時間:2016-11-28 瀏覽次數:822


1、 引言
    對于大部分使用拉絲機的國內金屬加工企業來說,國產拉絲機械產品已經能夠被接受替代國外高端的產品,拉絲機械主要配套國外變頻器,主要原因有兩個,一是國產變頻器技術在一段時間內落后于國外變頻器廠家,無論從控制算法的先進性,可實現性,還是從硬件平臺的簡易性,穩定性都有一定的差距。二是對于大部分國外拉絲機械設備生產商來說,也傾向于配套國外變頻器和PLC。國產變頻行業經過5年的發展,已經證明絕大部分性能已經滿足現場需要。針對拉絲機械配套市場,變頻器配置先進快速的PID控制算法,針對各種不同的拉絲機械,均能夠實現較為簡潔方便的拉絲機控制方式。 

放線: 金屬絲的放線速度,對于整個拉絲機環節來說,其控制沒有過高精度要求,對部分雙變頻控制的拉絲機械,甚至可以通過拉絲環節的絲線張力通過一圓盤拉伸。對大部分拉絲機械,放線的控制是通過變頻器驅動放線機實現的。

拉絲: 拉絲環節是拉絲機最為重要的環節。不同金屬物料,不同的產品精度和要求,拉絲環節有很大的不同,雙變頻控制拉絲機拉絲部分與放線部分共用一臺電機,金屬絲通過內部塔輪的導引,經過模具而逐步拉伸。而直進式拉絲機拉伸效率較高,對每一道拉絲工序,都需要一臺電機帶動,因此其控制也最為復雜。 

收線: 收線環節的工作速度決定了整個拉絲機械的生產效率,因此也是整個拉絲機工作的控制源,一般通過一個主機PLC或人機操控系統直接控制的變頻器驅動收線機。
    反饋 


               圖1:雙變頻式拉絲機控制流程圖
      雙變頻式拉絲機的控制流程如圖1:主控操作面板設定PLC輸出收線信號,此信號通過PLC頻率修正后給定至收線控制1#變頻器,金屬制成品于收線端通過一安裝有張力傳感器的導輪,輸出金屬絲張力信號,作為拉絲收線張力信號反饋輸入到1#變頻器,1#變頻器通過內置PID閉環控制,決定輸出頻率,此輸出頻率通過主控系統或者PLC綜合,輸出對2#拉絲環節控制電機的控制,由于對產品精度和拉拔要求不高,金屬絲在通過不同模具時的速度差異通過機械機構實現,而不必要對每道拉拔都實現閉環控制。 

   使用變頻器的典型直進式系統控制如圖2,操作面板和PLC負責設定和監控各個環節的參數,通過變頻器的各個設定端子,直接進行各個拉絲卷筒控制變頻器狀態共享。收線卷筒電機的運行頻率通過主操控PLC輸出給定。收線電機的運行頻率,直接決定了上一級(5#)電機的運行速度,為了保證張力基本恒定以保證金屬產品的品質,拉絲環節(1-5#)電機的主控速度通過PLC綜合下一級電機的頻率給定,單獨主頻率給定信號滿足不了產品生產要求,容易造成斷線故障,因為在直進式各個拉絲道中,拉絲的效率較高,各個卷筒間絲線張力很不一致,致使各個拉絲卷筒間絲線半徑精度不高,為達到生產要求,一般以本級電機張力傳感信號為頻率設定輔助信號反饋,通過調節輥輸出的是角度信號,角度信號經過凸輪變成直線式位移信號,位移傳感器檢測直線位移信號輸出0~10 V的電壓信號,此信號做為內部PID的反饋信號。 
    主控制信號控制變頻器時,必須考慮機械慣性,按一定的斜率輸出,即通過一頻率斜坡發生器產生變頻器主控制信號。發生器的斜率可針對不同機械的特性而設定。輔助信號由內置PID環節輸出,它決定了當前拉絲機的動態特性,在整個信號給定中,當輔助信號所占比例較大時,轉速將出現大的振蕩而較難穩定,當輔助信號占比例較小時,其控制跟隨速度較慢。因此須在主控PLC或變頻器內部對輔助頻率進行限幅,通過簡單的比例關系,設定主給定信號和拉絲機本身閉環給定信號的比例關系即可實現,對大部分拉絲機,使其PID頻率限幅在10%左右。 拉絲機各個卷筒控制電機頻率主信號給定需要進行修正和補償,這是由于拉絲機工作特性決定的。 
    根據金屬絲體積秒流量相等的原則,設上一級模具出線半徑為A,線速度為VA,經過當前級模具
拉伸后半徑為B,速度為VB,則變速比滿足下式: 
    VA/ VB? = B2/A2(公式1)

拉絲機使用變頻器優勢介紹 

使用轉速和電流閉環的無傳感器矢量控制方式,快速的速度和轉矩閉環,減免了測速機構,
實現較高的控制精度和控制性能。 

高性能的低頻轉矩特性,150%的起動轉矩,100%的零頻預勵磁輸出。

先進的內置PID閉環控制算法,確保PID控制器性能達到最優,最大限度方便客戶的PID控制器參數設置。

高速的控制CPU內核,保證了控制性能的快速性,高達100%的直流制動力矩,對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負載,保證了其快速的響應特性,確保拉絲機停機不斷線。

完善的故障保護功能,最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進行保護。

    結束語 
    變頻器的高性能和完善的功能,使其在各個行業得到了廣泛的應用,對于部分V/F變頻器滿足不了的要求高場合,其優勢更為明顯。變頻器在拉絲機械上使用中,免除了客戶端繁雜的外部設備,內置PID的調節方便簡練,即使故障停機狀態,也很少出現斷線,節電效果明顯。 


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