四方變頻器在直進(jìn)式拉絲機(jī)的應(yīng)用

在冶金行業(yè)拉絲機(jī)是金屬線材生產(chǎn)的重要設(shè)備，主要功能是將各種線材拉成所需各種規(guī)格的細(xì)絲，從工作形式上分為直進(jìn)式、活套式、水箱式等。其中直進(jìn)式拉絲機(jī)應(yīng)當(dāng)代表著最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，同時(shí)在電氣控制上也是最難控制的一種。

可以說在直進(jìn)式拉絲機(jī)生產(chǎn)中電氣控制系統(tǒng)決定著產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在深圳某拉絲機(jī)設(shè)備制造廠，原來一直由河北某工程公司做的電氣控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)張力不太穩(wěn)定造成容易斷線，這就直接影響了客戶的設(shè)備質(zhì)量，所以該設(shè)備廠需要一套更完善的電氣系統(tǒng)，代替現(xiàn)有的電氣系統(tǒng)以提高其市場競爭力。下面就該設(shè)備制造廠現(xiàn)以四方E380拉絲機(jī)專用變頻器、LG（LS）PLC、WEINVIEW人機(jī)界面組成電氣控制系統(tǒng)，來說明此系統(tǒng)在直進(jìn)式拉絲機(jī)中的應(yīng)用及效果。

該設(shè)備由活套、放卷筒和七個(gè)拉絲卷筒組成，根據(jù)要生產(chǎn)線材的規(guī)格，在各道卷筒前面安裝相應(yīng)的拉絲模，拉絲模由大到小，到最末一道為所要求規(guī)格的產(chǎn)品線徑。線材由活套經(jīng)放卷筒出來后經(jīng)過第一道拉絲模到第一個(gè)卷筒，從第一個(gè)卷筒再到第二個(gè)拉絲模，這樣一級一級拉下去，到最后一個(gè)為收卷筒。各卷筒之間有一個(gè)汽缸擺臂，用于位移傳感器把張力反饋到變頻器，變頻器根據(jù)反饋信號作PID閉環(huán)控制，使其各個(gè)卷筒之間張力保持恒定。工藝要求在要更換接絲模的情況下直接把模具規(guī)格輸入人機(jī)界面，變換拉絲模之后整個(gè)系統(tǒng)照樣能正常生產(chǎn)運(yùn)行。工藝簡圖如下圖所示：

直進(jìn)式拉絲機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)每級電機(jī)與卷筒的速比不同，越后一級速比越大，同時(shí)各級拉模孔徑的不同，線材直徑由大到小發(fā)生變化，而每個(gè)時(shí)刻通過拉模線材的秒流量體積不變，這樣線材的的變化也會使速比發(fā)生變化。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中生產(chǎn)的線材規(guī)格不同，就需更換拉絲模，這樣速比也會發(fā)生變化；在邏輯控制上，線材從放卷到1#卷筒再到最后一級的收卷是一步一步往下運(yùn)行過程，在穿線時(shí)運(yùn)行1#卷筒，放卷電機(jī)與1#電機(jī)爬行，線材穿到2#卷筒時(shí)，放卷、1#、2#聯(lián)動爬行。依此類推當(dāng)線材穿到收卷筒時(shí)，前面所有的電機(jī)都要求可以聯(lián)動爬行。同時(shí)各個(gè)卷筒也可以單獨(dú)點(diǎn)動。所以針對每個(gè)卷筒要有開關(guān)來控制，包括聯(lián)動、手動、急停、腳踏點(diǎn)動開關(guān)；收卷筒是自行滑動的錐形卷筒，在收卷時(shí)直徑一般不會變化。基于此原理：

人機(jī)界面上有系統(tǒng)運(yùn)行及停止等邏輯開關(guān)，報(bào)警信息（任何一臺變頻器出現(xiàn)意外故障，整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)并提示操作人員）、顯示當(dāng)前生產(chǎn)線速度（根據(jù)收卷筒轉(zhuǎn)速和卷筒直徑通過PLC計(jì)算得出），同時(shí)設(shè)定各道拉絲模的孔徑和系統(tǒng)運(yùn)行頻率。

PLC處理所有邏輯關(guān)系和計(jì)算。以最后一臺收卷電機(jī)運(yùn)行頻率為基準(zhǔn)，從屏上得到各道模的孔徑，再綜合機(jī)械傳動比計(jì)算出各卷筒電機(jī)的頻率。考慮成本及四方變頻器便利的的通訊功能，各級電機(jī)的運(yùn)行頻率信號無需D/A模塊輸出模擬量來控制，直接通過PLC與變頻器的485通訊口發(fā)送實(shí)時(shí)頻率。變頻器的運(yùn)行及停機(jī)信號用外部端子由PLC輸出開關(guān)量來控制。

由于接絲模的變化使各級卷筒之間的速比發(fā)生變化，這樣就會影響在加減速過程中線材的張力。但四方變頻器特有的加減速時(shí)間與聯(lián)動比例存在某種對應(yīng)關(guān)系，所以在停機(jī)和啟動運(yùn)行過程中，無需如其它品牌變頻器一樣在加速和減速時(shí)，其當(dāng)前運(yùn)行頻率要運(yùn)用一定的的斜率使其加速運(yùn)行或減速停機(jī)。在點(diǎn)動和爬行時(shí)不用變頻器的點(diǎn)動功能而用運(yùn)行信號控制，這樣就避免了更換拉絲模引起的在系統(tǒng)爬行時(shí)的斷線。

變頻器在PLC給定頻率及運(yùn)行信號后，通過傳感器反饋回的0-10V信號作內(nèi)部PID自調(diào)節(jié)，E380系列變頻器通過帶前饋補(bǔ)償?shù)腜ID控制，可以實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的張力控制。系統(tǒng)控制簡圖如下：

各準(zhǔn)備工作完成后就可以調(diào)試，調(diào)試時(shí)按穿線材的順序一級一級往下調(diào)，前一級調(diào)好再調(diào)下一級，先手動再聯(lián)動，先低速再高速。

各汽缸擺臂與傳感器的位置會因?yàn)闄C(jī)械誤差不同而有所不同，在調(diào)試初期校正好各傳感器位置的最大值和最小值，要對應(yīng)變頻器反饋通道的最大和最小值，此值在監(jiān)控菜單“D-9”可以看到，合理的數(shù)值對應(yīng)范圍應(yīng)最大值是100，最小值是0。按傳感器的位置來設(shè)定PID調(diào)節(jié)的目標(biāo)值，PID根據(jù)目標(biāo)值進(jìn)行自調(diào)整。放卷筒上面有一個(gè)滑輪，在運(yùn)行時(shí)可自行打滑，速度的快慢可以在屏上通過設(shè)置一個(gè)線速度系數(shù)自由調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行是以收卷電機(jī)為基準(zhǔn)，所以放卷和收卷變頻器不需要PID功能調(diào)節(jié)，可以在通用模式下運(yùn)行。

整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試的關(guān)鍵是在啟動、減速停機(jī)和PID調(diào)節(jié)的設(shè)置上，在調(diào)試初期啟動和停機(jī)又是重點(diǎn)。

從以上工藝圖可以看出，張力反饋裝置安裝在卷筒的后面。在最初穿線材到每個(gè)卷筒上，先點(diǎn)動，調(diào)節(jié)好再與前一級聯(lián)動，如果前一級出現(xiàn)松線的狀況，那可能是前一級的PID限幅的原因，需把PID限幅適當(dāng)增大（參數(shù)F7.8）。在收卷電機(jī)之前的調(diào)節(jié)，因?yàn)槊總€(gè)卷筒電機(jī)都是在PID模式下控制運(yùn)行，如果最后一個(gè)聯(lián)動電機(jī)以這種模式下運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)卷筒后面會因?yàn)闆]有線材，使汽缸擺臂在最大位置，反饋信號影響當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)行速度，最終必會受到PID限幅的限制，而每一級的聯(lián)動比例不同，PID的限幅的幅度也不一樣。這樣可能就會產(chǎn)生前一級的松線。根據(jù)此種情況從前一級到后一級，PID的限幅要慢慢變小。這級聯(lián)動調(diào)好后再往下穿，調(diào)下一級的點(diǎn)動，這樣一級串一級往下調(diào)節(jié)，一直到收卷電機(jī)。

在聯(lián)動控制模式下啟動低速運(yùn)行，然后停機(jī)，看各卷筒之間停機(jī)后的張力情況，線材太松把相關(guān)聯(lián)后一級的電機(jī)直流制動起始頻率適當(dāng)?shù)牡臏p小（參數(shù)F4.4），線材太緊就查看變頻器內(nèi)部D-9的值，此值為位移傳感器張力反饋值，如果D-9的值大于PID給定值，就有必要把相應(yīng)電機(jī)的直流制動起始頻率適當(dāng)提高。每次修改以最少單位進(jìn)行加或減，每次不能更改過大，通過多次反復(fù)調(diào)節(jié)，直到調(diào)合適為止，停機(jī)時(shí)D-9的值大于10小于PID給定值為好。根據(jù)拉絲機(jī)的工藝從前一級到后一級，制動起始頻率設(shè)置由小到大進(jìn)行設(shè)置。

停機(jī)調(diào)好后啟動系統(tǒng)低速運(yùn)行。根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，在系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中線材的振動都是后一級振動影響前一級振動，PID參數(shù)設(shè)置不合理很容易把這種一級串一級擴(kuò)大化，最終就有可能PID調(diào)試跟不上產(chǎn)生斷線。在設(shè)置PID參數(shù)時(shí)，P值在1#機(jī)到收卷機(jī)由大變小，I值相反由小到大，D值設(shè)置好以后盡量不要變化。以這種模式設(shè)置的目的就是當(dāng)后一級發(fā)生振動時(shí)，必定會影響前面幾級的張力穩(wěn)定性，然后通過前面幾級一級一級逐步減弱直到消除，最后保持整個(gè)系統(tǒng)張力的穩(wěn)定。

用E380拉絲機(jī)專用變頻器組成的電氣系統(tǒng)，運(yùn)行頻率是PLC直接以廣播形式發(fā)送統(tǒng)一頻率到各變頻器，各變頻器的聯(lián)動比例，是以收卷電機(jī)為基準(zhǔn)，根據(jù)拉絲模的參數(shù)和機(jī)械傳動比例，通過屏送到PLC，由PLC計(jì)算出來，把機(jī)臺之間的聯(lián)動比例發(fā)送各變頻器EEPROM區(qū)，聯(lián)動比例參數(shù)只有在更換拉絲模時(shí)才更改。運(yùn)行時(shí)E380變頻器根據(jù)聯(lián)動比例，內(nèi)部自行調(diào)節(jié)加減速時(shí)間，以保持在加速和減速過程中恒定的張力而不斷線。各臺變頻器的加速時(shí)間與減速時(shí)可以完成設(shè)置一樣，加速在15S-50S。減速在10S以內(nèi)。正因?yàn)槿绱怂栽诩訙p速時(shí)間上，克服了一般拉絲機(jī)系統(tǒng)存在加減速時(shí)間過短，引起的斷線問題。

在調(diào)試初期可以啟動變頻器的聯(lián)動比例自矯正功能，在低速運(yùn)行時(shí)從各臺變頻器鍵盤上直接讀取運(yùn)行頻率，最快找到最佳的聯(lián)動比例，無需通過人為計(jì)算，為調(diào)試節(jié)省時(shí)間。對變頻器設(shè)置參數(shù)時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場機(jī)械特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，由于機(jī)械的誤差有的參數(shù)可能不盡相同。

各臺變頻器主要參數(shù)設(shè)置如下：

用四方E380拉絲機(jī)專用變頻器組成的直進(jìn)式拉絲機(jī)電氣系統(tǒng)，在調(diào)試完畢優(yōu)化參數(shù)之后。通過測試在更換模具后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后設(shè)備正常生產(chǎn)的線速度比原來的電氣控制系統(tǒng)提高了三分之一，整個(gè)系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)關(guān)鍵的幾個(gè)環(huán)節(jié)（加速、PID調(diào)節(jié)、減速）張力都保持的非常穩(wěn)定，如果機(jī)械設(shè)備再改進(jìn)一些，把普通電機(jī)換成變頻電機(jī)。速度完全可以再往上提。電氣系統(tǒng)的完善也極大的提高了客戶產(chǎn)品在市場上的競爭力。