|
一．引言
拉絲機是金屬線材加工中的重要設(shè)備，重要是將金屬線加工成各種規(guī)格細線，一般由放線，水冷，收線及排線等部分組成。其中，電氣傳動部分主要由放線電機，收線電機及排線電機實現(xiàn)，其生產(chǎn)質(zhì)量和效率對于企業(yè)來講至關(guān)重要。一般來講，拉絲機可分為滑輪式，活套式，直線式三種。從產(chǎn)品終端來說，拉絲機可以分為大拉機，中拉機，小拉機，微拉機。而從拉絲機內(nèi)部控制方式和結(jié)構(gòu)來說，可以分為水箱式，滑輪式，直進式等主要的幾種。對于不同要求，不同精度規(guī)格的產(chǎn)品，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機械。對電線電纜生產(chǎn)企業(yè)，雙變頻控制的細拉機應(yīng)用比較廣泛，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，不同的拉絲機械，其工作過程基本相同。
放線：金屬絲的放線速度，對于整個拉絲機環(huán)節(jié)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，甚至可通過拉絲環(huán)節(jié)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(qū)動放線機實現(xiàn)的。
拉絲：拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機最重要的環(huán)節(jié)。不同金屬物料，不同的產(chǎn)品精度和要求，拉絲環(huán)節(jié)有很大不同，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(nèi)部塔輪的導(dǎo)引，經(jīng)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(fù)雜。
收線：收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個拉絲機械的生產(chǎn)效率。
二，并列式連續(xù)拉絲機的結(jié)構(gòu)介紹
并列式連續(xù)拉絲機是一種用于拉拔金屬線材的連續(xù)拉絲機，將組成一臺或兩臺連續(xù)拉絲機的所有單拉絲機按2-4列并排分布并以水平立形式同時安置在一個帶有垂直平面的機架上，將所有的模盒裝置也設(shè)在機架上并使之與水平面成一定夾角，產(chǎn)品具有占地少，有利于提高勞動生產(chǎn)率及實現(xiàn)衛(wèi)生和文明化生產(chǎn)等優(yōu)點。
以下以西安某公司生產(chǎn)的并列式拉絲機為例做簡單介紹。
并列式連續(xù)拉絲機是平行排列成2-4列的直進式連續(xù)拉絲機，其傳動，潤滑，冷卻及控制與直立直進式拉絲機相同。
機器共有10個塔輪，1個牽引輪，1個收卷輪，11個模具，以及11根擺桿，最大進線直徑2.4mm,最小出線直徑0.3mm，最高線速度2.5m/s。塔輪直徑均為250mm，牽引輪直徑為360mm,收卷輪最小直徑為280mm。原料線材通過11個模具的11級拉伸，變成需要線經(jīng)的成品線材。每個塔輪由1臺電機控制，牽引輪和收卷輪也分別由1臺電機控制。每臺塔輪配置擺桿一根，作為恒張力控制時使用。每臺電機都通過減速機與機械連接，減速比如表一（減速比G為負載側(cè)齒輪/電機側(cè)齒輪）。
三，臺達BW系列變頻器在并列式拉絲機上的應(yīng)用案例
1． 控制原理
并列式拉絲機的目的是為了保證在運行過程中絲線的張力恒定。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)和材料的不同，恒張力控制的方法一般分為兩種：1。直接控制電機輸出轉(zhuǎn)矩；2，通過控制速度恒定來保證張力的恒定。通過對機械結(jié)構(gòu)的分析，此機器采用第二種方法來控制：通過控制速度的方法來間接控制張力的恒定。
由于并列式拉絲機由11組牽伸機構(gòu)和1組收卷機構(gòu)組成，所以我們單獨對一組牽伸機構(gòu)和一組收卷機構(gòu)來進行控制原理的分析。
(1) 以下為一組牽伸機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
在運行過程中保證擺桿處于設(shè)定的平衡位置不出現(xiàn)波動，就可以認定牽伸過程中絲線上張力是恒定的。所以我們可以將其控制分為兩個過程來進行：穩(wěn)定過程和自調(diào)節(jié)過程。
穩(wěn)定運行過程中，我們將條件理想化（排除其他不穩(wěn)定因素影響），擺桿將停在設(shè)定的位置不出現(xiàn)波動，塔輪只需按照計算的理論線速度運行就可保證絲線張力恒定，此過程只需要知道每級牽伸機構(gòu)中塔輪的理論線速度即可。由于機械一旦制造完成，塔輪的直徑以及電機端的減速比就已經(jīng)確定，從塔輪的理論線速度就可計算出電機的實際運行轉(zhuǎn)速，也就是變頻器需要運行的頻率。
在運行過程中總是會出現(xiàn)很多不穩(wěn)定因素，例如絲線的打滑，機械摩擦力等原因，擺桿不可能固定不動，于是就需要變頻器對擺桿的變化做出響應(yīng)，通過速度的變化來達到讓擺桿穩(wěn)定的目的，這就是自調(diào)節(jié)的過程。通過變頻器對擺桿信號進行PID的運算，就可以達到這個目的。
假設(shè)塔輪直徑為R，模具1直徑為R1，模具2直徑為R2，模具3直徑為R3，進線直徑為R0，電機1減速齒輪比為G1，電機2減速齒輪比G2，變頻器1指令頻率為F1，變頻器2指令頻率為F2，塔輪1上的線速度為V1，塔輪2上線速度為V2，N為電機1轉(zhuǎn)速，S為電機1轉(zhuǎn)差率，P為電機1級對數(shù)，T為時間。G1定義為（負載側(cè)齒輪10-24/電機側(cè)齒輪10-23）。
牽伸機構(gòu)中，由于模具大小不一樣，根據(jù)單位時間內(nèi)通過模具的材料體積相等的前提條件，我們知道：
（這里為計算公式不做發(fā)表，可以來電詢問）
通過以上①②公式，就可以計算出每一級牽伸的理論線速度和理論頻率。
（2）以上圖五為收卷機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。、
收卷機構(gòu)的控制原理與牽伸機構(gòu)有兩點不同：1。收卷機構(gòu)與牽引機構(gòu)的線速度是統(tǒng)一的；2，收卷機構(gòu)中收卷棍的卷經(jīng)是會隨著電機運轉(zhuǎn)而發(fā)生變化的，牽伸機構(gòu)中的卷經(jīng)是固定的。所以對于控制收卷棍的變頻器，還需要將R的變化考慮進去，時時更新R值。原理公式同上式②。
2，接線圖如下圖六所示
整個系統(tǒng)由12臺2.2KW電機構(gòu)成，每臺電機由一臺2.2KWBW系列變頻器控制，其中AMD1-AMD10需要配置PG-03卡。張力控制由變頻器來定成，PLC只負責(zé)給定啟動信號以及定成一些輔助動作。
（1）牽伸機構(gòu)接線圖七如左所示
AMD11牽引變頻器中AV1為主調(diào)速信號，通過一個可調(diào)電位器接入；DFM為頻率數(shù)字輸出，對應(yīng)實際輸出頻率H（也可選擇對應(yīng)給定頻率F），作為實際線速度信號提供給AMD10變頻器。、
AMD10牽伸變頻器中AV1為擺桿信號，作為PID的反饋量進行微調(diào)；PG03中-B接受上級發(fā)送的線速度信號作為理論頻率的計算基礎(chǔ)；DFM信號為實際線速度信號傳送給下一級。牽伸變頻器控制的塔輪直徑固定，通過參數(shù)設(shè)定。
FWD為運轉(zhuǎn)信號，統(tǒng)一由PLC給定；M16為1/2加減速信號，作為急停使用。
�。�2）收卷機構(gòu)接線圖如左圖八
AMD11牽引變頻器中AFM為模擬量輸出信號，對應(yīng)實際輸出頻率H 作為實際線速度信號提供給AMD12變頻器。AMD12收卷變頻器中AV1為擺桿信號，做為PID的反饋量；M11為卷經(jīng)復(fù)位開關(guān)，當(dāng)收卷棍換棍時需要進行卷經(jīng)復(fù)位操作。由于收卷變頻器控制的收卷棍直徑會變化，所以需要打開卷經(jīng)自動計算功能。BW系列變頻器能夠自動計算當(dāng)前卷經(jīng)。
3 重要參數(shù)設(shè)置說明
�。�1）設(shè)置電機銘牌參數(shù)
由于對電機低速特性有要求，所以需要使用向量控制方式。調(diào)試時需要對電機進行自整定。
�。�2）設(shè)置機械齒輪比
按照機械實際情況填寫齒輪比
（3）計算理論線速度
由于本機器設(shè)計的最高線速度（牽引輪）為2.5m/s,根據(jù)公式計算，牽引變頻器工作在４７Ｈz就能夠滿足要求，于是將牽引變頻器的工作范圍定在０－５０Ｈz。有了這個基礎(chǔ)線速度，根據(jù)客戶提供的模具尺寸，就可以計算出每個塔輪上的理論線速度；根據(jù)理論線速度就可以計算出每臺變頻器的最高工作頻率。假設(shè)客戶按照下表二的模具尺寸數(shù)據(jù)來選用。
�。矗畢�(shù)設(shè)置列表如右表五
四，結(jié)論
經(jīng)過客戶長期的實際拉絲運行，整機已經(jīng)得到客戶認可。通過與使用國外知名品牌元件的控制設(shè)備相比，在保證性能上一致的前提下，使用臺達變頻器的加工效率比其提高１／３，成本上也有大幅降低。
|
