優利康變頻器在直進式拉絲機上的應用

優利康(Yolico)通用電流矢量變頻器
YD5045在鋼聯線直進式拉絲機的應用案例


一，引言
隨著汽車工業的快速發展，對汽車輪胎的需求也快速增長。同時，由于我國高等級公路的快速發展，汽車的運行速度也大大提高了，這就對汽車輪胎的質量提出了更高的要求。而鋼聯線作為輪胎的重要組成部分，對輪胎的強度起著重要作用。鋼聯線的質量直接影響著輪胎的質量、品質、等級。作為鋼聯線的主要生產設備直進式拉絲機，應用也越來越廣泛。早期的直進式拉絲機，主要以進口為主，包括德國、意大利、韓國等地進口的拉絲機為主，這些系統有直流調速的，也有交流變頻調速的。現在這些設備在一些大的鋼聯線生產廠還在應用。近年來，隨著國內機械加工能力的提高，以及自動化控制技術的發展，直進式拉絲機已基本實現國產化。在江陰、靖江等地的幾家拉絲機生產廠，都已生產出交流變頻同步調速的直進式拉絲機。在這些設備上，有的應用了進口的變頻器，如：Danfoss、ABB、以及日本宮川在無錫生產的Yolico等，有的也應用了國產的變頻器，如：匯川等。
這個應用案例就是優利康(Yolico)變頻器在江陰生產的直進式拉絲機上的配套案例。
二，直進式拉絲機工作原理簡介
直進式拉絲機是有多個拉拔頭組成的小型的連續生產設備，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，鋼絲的線徑發生了變化，所以每個拉拔頭工作線速度也應有變化。

見圖（一）

根據拉模配置的不同，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：
πR2×V1= πr2×V2
其中 R：進線鋼絲的直徑
V1：進線鋼絲的線速度
r： 出線鋼絲的直徑
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的穩態工作過程，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、停止等動態的工作過程中，各個拉拔頭就無法保持同步，所以，現在大多數的直進式拉絲機上都有張力傳感器，動態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(0~20mA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。
根據以上的說明，直進式拉絲機對變頻器的性能提出較高的要求。變頻器應具有以下的性能。
1，低頻起動力矩大，過載能力強，速度精度高
2，有內置PID功能，PID的參數豐富
3，動態響應快
所以，我們選用了優利康(Yolico)的高性能電流矢量變頻器作為直進式拉絲機的驅動裝置，該變頻器在實際使用中也完全滿足了拉絲機的要求，響應快，起動力矩大，過載能力強，在矢量控制時速度控制精度達到0.2%(無PG)，有內置PID，PID參數豐富，包括PID增益、限幅、偏置等等。
三，配置及說明
直進式拉絲機的電氣系統配置如下圖所示，主要包括以下幾個部分：觸摸屏—西門子TP270，10′真彩，可編程控制器（PLC）—西門子S7-315-2DP，帶Profibus現場總線接口，變頻器—優利康(Yolico)的高性能電流矢量變頻器YD5000，內置PID，傳感器—圖爾克線性傳感器，0～10V，或4～20mA。觸摸屏與PLC通過MPI總線連接，PLC與變頻器之間通過Profibus現場總線連接，組成高速的現場總線網絡，數據的傳輸速率達到1.5M，極大地提高了變頻器的響應速度，提高了同步精度，基本上做到了正常工作時不斷絲。這對提高工作效率非常有效。
見圖（二）


整個系統的領航速度是由最后一臺拉拔變頻器決定的，再根據每道拉模的壓縮比與減速比，計算其它每個機臺的主給定速度，由于機械上的誤差和拉模的磨損，使得給定的參數與實際的數值有一定的差異，這個差異就通過張力臂來糾正。事實上，張力臂下面連接著一只位置傳感器，該傳感器測量出張力臂的轉動角度，輸出一個0～10V的模擬量信號給變頻器，變頻器再根據設定的位置值（一個相對與10V的百分比值），經過PID計算，在輸出頻率上疊加上一個糾偏量，消除上述的差異。
系統中，觸模屏作為人機界面，起著人機接口的作用，每道拉模的壓縮比，就是通過觸模屏輸入的，并且，觸模屏還能存儲若干套不同的拉模參數，方便用戶快速選擇成套拉模參數，而不必每次都要輸入參數，方便了用戶，提高了效率。觸模屏還顯示工作中各道拉模的實際工作參數，包括電壓、電流、速度等等，在系統出現報警時，觸模屏上及時顯示系統故障的內容，方便用戶及時診斷，排除一些簡單的故障。觸模屏與PLC是通過MPI連接的，速率為：187.5K。
PLC是整個系統的控制中心，控制著整個系統的工作流程。通過按鈕的操作，控制每個機臺的前聯動、后聯動、點動及整個系統點動、自動運行。根據觸模屏輸入的拉模壓縮比參數，計算每個機臺的同步速度，并通過Profibus總線傳輸給變頻器，由變頻器直接驅動機臺電機工作。PLC還通過Profibus總線，從變頻器中讀取變頻器的工作參數，對變頻器的各種工作異常作出處理，并及時通過觸模屏顯示。
四，結語
該變頻器在直進式拉絲機上使用一段時間來，客戶反映設備運行平穩，起動、停止、加速、減速平滑穩定，同步精度高，起動電流小，噪音低，已獲得了最終使用客戶的廣泛認可。