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变频器在拉丝机械上的应用

发布时间:2016-11-28 浏览次数:801


1、 引言
    对于大部分使用拉丝机的国内金属加工企业来说,国产拉丝机械产品已经能够被接受替代国外高端的产品,拉丝机械主要配套国外变频器,主要原因有两个,一是国产变频器技术在一段时间内落后于国外变频器厂家,无论从控制算法的先进性,可实现性,还是从硬件平台的简易性,稳定性都有一定的差距。二是对于大部分国外拉丝机械设备生产商来说,也倾向于配套国外变频器和PLC。国产变频行业经过5年的发展,已经证明绝大部分性能已经满足现场需要。针对拉丝机械配套市场,变频器配置先进快速的PID控制算法,针对各种不同的拉丝机械,均能够实现较为简洁方便的拉丝机控制方式。 

放线: 金属丝的放线速度,对于整个拉丝机环节来说,其控制没有过高精度要求,对部分双变频控制的拉丝机械,甚至可以通过拉丝环节的丝线张力通过一圆盘拉伸。对大部分拉丝机械,放线的控制是通过变频器驱动放线机实现的。

拉丝: 拉丝环节是拉丝机最为重要的环节。不同金属物料,不同的产品精度和要求,拉丝环节有很大的不同,双变频控制拉丝机拉丝部分与放线部分共用一台电机,金属丝通过内部塔轮的导引,经过模具而逐步拉伸。而直进式拉丝机拉伸效率较高,对每一道拉丝工序,都需要一台电机带动,因此其控制也最为复杂。 

收线: 收线环节的工作速度决定了整个拉丝机械的生产效率,因此也是整个拉丝机工作的控制源,一般通过一个主机PLC或人机操控系统直接控制的变频器驱动收线机。
    反馈 


               图1:双变频式拉丝机控制流程图
      双变频式拉丝机的控制流程如图1:主控操作面板设定PLC输出收线信号,此信号通过PLC频率修正后给定至收线控制1#变频器,金属制成品于收线端通过一安装有张力传感器的导轮,输出金属丝张力信号,作为拉丝收线张力信号反馈输入到1#变频器,1#变频器通过内置PID闭环控制,决定输出频率,此输出频率通过主控系统或者PLC综合,输出对2#拉丝环节控制电机的控制,由于对产品精度和拉拔要求不高,金属丝在通过不同模具时的速度差异通过机械机构实现,而不必要对每道拉拔都实现闭环控制。 

   使用变频器的典型直进式系统控制如图2,操作面板和PLC负责设定和监控各个环节的参数,通过变频器的各个设定端子,直接进行各个拉丝卷筒控制变频器状态共享。收线卷筒电机的运行频率通过主操控PLC输出给定。收线电机的运行频率,直接决定了上一级(5#)电机的运行速度,为了保证张力基本恒定以保证金属产品的品质,拉丝环节(1-5#)电机的主控速度通过PLC综合下一级电机的频率给定,单独主频率给定信号满足不了产品生产要求,容易造成断线故障,因为在直进式各个拉丝道中,拉丝的效率较高,各个卷筒间丝线张力很不一致,致使各个拉丝卷筒间丝线半径精度不高,为达到生产要求,一般以本级电机张力传感信号为频率设定辅助信号反馈,通过调节辊输出的是角度信号,角度信号经过凸轮变成直线式位移信号,位移传感器检测直线位移信号输出0~10 V的电压信号,此信号做为内部PID的反馈信号。 
    主控制信号控制变频器时,必须考虑机械惯性,按一定的斜率输出,即通过一频率斜坡发生器产生变频器主控制信号。发生器的斜率可针对不同机械的特性而设定。辅助信号由内置PID环节输出,它决定了当前拉丝机的动态特性,在整个信号给定中,当辅助信号所占比例较大时,转速将出现大的振荡而较难稳定,当辅助信号占比例较小时,其控制跟随速度较慢。因此须在主控PLC或变频器内部对辅助频率进行限幅,通过简单的比例关系,设定主给定信号和拉丝机本身闭环给定信号的比例关系即可实现,对大部分拉丝机,使其PID频率限幅在10%左右。 拉丝机各个卷筒控制电机频率主信号给定需要进行修正和补偿,这是由于拉丝机工作特性决定的。 
    根据金属丝体积秒流量相等的原则,设上一级模具出线半径为A,线速度为VA,经过当前级模具
拉伸后半径为B,速度为VB,则变速比满足下式: 
    VA/ VB? = B2/A2(公式1)

拉丝机使用变频器优势介绍 

使用转速和电流闭环的无传感器矢量控制方式,快速的速度和转矩闭环,减免了测速机构,
实现较高的控制精度和控制性能。 

高性能的低频转矩特性,150%的起动转矩,100%的零频预励磁输出。

先进的内置PID闭环控制算法,确保PID控制器性能达到最优,最大限度方便客户的PID控制器参数设置。

高速的控制CPU内核,保证了控制性能的快速性,高达100%的直流制动力矩,对尤其是拉丝机等具有冲击性的负载,保证了其快速的响应特性,确保拉丝机停机不断线。

完善的故障保护功能,最大限度地对拉丝机械和变频器本身进行保护。

    结束语 
    变频器的高性能和完善的功能,使其在各个行业得到了广泛的应用,对于部分V/F变频器满足不了的要求高场合,其优势更为明显。变频器在拉丝机械上使用中,免除了客户端繁杂的外部设备,内置PID的调节方便简练,即使故障停机状态,也很少出现断线,节电效果明显。 


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