正弦SINE309系列變頻器在直進式拉絲機上的應(yīng)用

拉絲機是金屬線材生產(chǎn)的重要設(shè)備，主要是將金屬線材拉拔成各種規(guī)格的細絲。從產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(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，因此使用直進式拉絲機較多。特別是焊材生產(chǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

深圳正弦電氣作為一家專業(yè)的變頻器制造商，所生產(chǎn)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(chǎn)企業(yè)的認可和好評。

直進式拉絲機實物

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(chǎn)設(shè)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(yīng)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；

πR2×V1= πr2×V2
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(zhuǎn)換成標準信號（0/4～20mA或0～10V），用這個標準信號反饋給調(diào)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(diào)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(shè)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(diào)試的時候模具的配

模具配比表

根據(jù)客戶要求，我們設(shè)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(chǎn)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。

直進式拉絲機工作原理圖

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(shè)計了多種功能功能——系統(tǒng)啟動、停車、跳卷、線速度設(shè)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(shè)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(shè)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，如下圖所示

PLC模擬量信號線性變化關(guān)系

③低速穿線時，需要前聯(lián)動、正轉(zhuǎn)點動、反轉(zhuǎn)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(guān)，應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)點動：極少用到可以不設(shè)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(guān)，應(yīng)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(yīng)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(gòu)。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(zhì)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(zhì)堅硬，即使在調(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(fù)雜的控制算法，國內(nèi)首家產(chǎn)品化應(yīng)用。
● 調(diào)速精度：0.01Hz
● 調(diào)速范圍：0.01～600.00Hz
● 沖擊負載：180%電機額定轉(zhuǎn)速，2秒內(nèi)部跳脫。
● 低頻轉(zhuǎn)矩：0.00 Hz，150%額定轉(zhuǎn)矩輸出。180%額定轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)部自動處理；
3、不需要PID板，只需要外接操作開關(guān)、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(shè)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(yīng)用場合，更換拉絲模具或機臺數(shù)時不需要調(diào)整任何參數(shù)。

SINE311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(shè)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(zhuǎn)速死區(qū)，低速1Hz額定轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)輸出頻率，維持線速度恒定；
4、不分材質(zhì)，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(diào)試

（一）、1#～10#SINE309參數(shù)設(shè)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(zhuǎn)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(diào)節(jié)器有效

3、F7.08=10 PID調(diào)節(jié)器輸出+前饋輸出

即K1＊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(diào)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(diào)節(jié)，直至收放設(shè)備的最佳實時傳動比。

4、FB.00=10 0～前饋增益上限

如上所說，K1隨收線卷卷徑自動調(diào)節(jié)，直至收放設(shè)備的最佳實時傳動比。達到最佳狀態(tài)時K1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(diào)試

1、變送器模式：位移傳感器感應(yīng)面接近金屬時，反饋的模擬量信號就越弱，反之便越強。調(diào)試時，要根據(jù)凸輪曲面與傳感器感應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)快了，應(yīng)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(chǎn)過程中，難免有震動。再加上生產(chǎn)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(nèi)，最好不要存在死區(qū)或死去范圍不能太大。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：

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(nèi)成線性變化，不能有跳躍或死區(qū)。

3、張力機的調(diào)試

所謂張力機就是成品收卷部分，由于客戶以前的老設(shè)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。客戶曾經(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(diào)試結(jié)果使客戶使客戶很滿意。

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(chǎn)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保持線速度一定。PID自動調(diào)節(jié)使張力輪始終處在中間位置，保持恒張力。

張力機構(gòu)采用張力輪的形式，如圖所示

4、PID閉環(huán)控制的參數(shù)調(diào)整

設(shè)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(diào)整PID控制器的參數(shù)，一般采用如下的規(guī)律調(diào)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(diào)節(jié)時，可按如下步驟調(diào)整PID參數(shù)：

抑制輸出超調(diào)：縮短微分時間常數(shù)Td，延長積分時間常數(shù)Ti。如圖所示。

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。如圖所示

五、總結(jié)

山東某廠從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(chǎn)效率大幅提高，且故障率低，維護方便，客戶非常滿意。