引言 拉絲機(jī)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(xì)絲。從產(chǎn)品規(guī)格上可分為：大拉機(jī)、中拉機(jī)、小拉機(jī)以及細(xì)微拉。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上可分為：滑輪式、活套式、水箱式和直進(jìn)式。在電線電纜行業(yè)，雙變頻細(xì)微拉應(yīng)用十分廣泛。相對(duì)而言，其要求的控制性能也較低，而對(duì)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進(jìn)式拉絲機(jī)較多。特別是焊材生產(chǎn)企業(yè)，氣體保護(hù)焊絲、埋弧焊絲、鋁焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲、高強(qiáng)度焊絲以及最先進(jìn)的藥芯焊絲，其對(duì)拉絲機(jī)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(jī)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(rèn)可和好評(píng)。 一、拉絲機(jī)工作原理 直進(jìn)式拉絲機(jī)是有多個(gè)拉拔頭組成的小型的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過逐級(jí)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(jí)的拉拔后，鋼絲的線徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)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(gè)拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準(zhǔn)是每個(gè)時(shí)刻通過拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即使以下公式成立： 其中 R：進(jìn)線鋼絲的直徑 r： 出線鋼絲的直徑 V1：進(jìn)線鋼絲的線速度 V2：出線鋼絲的線速度 直進(jìn)式拉絲機(jī)的各個(gè)拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個(gè)拉拔頭同步運(yùn)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(jī)械傳動(dòng)的誤差以及機(jī)械傳動(dòng)的間隙，還有在起動(dòng)、加速、減速、停止等動(dòng)態(tài)的工作過程中，各個(gè)拉拔頭就無法保持同步，所以，我們?cè)谥边M(jìn)式拉絲機(jī)上采用了位移傳感器（如圖1所示），動(dòng)態(tài)測(cè)量各個(gè)拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（0/4～20mA或0～10V），用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)反饋給調(diào)速變頻器，變頻器用這個(gè)信號(hào)作閉環(huán)PID過程控制，在主速度上疊加上PID計(jì)算的調(diào)整量，保持各個(gè)張力檢測(cè)點(diǎn)的張力恒定，也就保證了直進(jìn)式拉絲機(jī)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(duì)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(shí)候模具的配比如表1。 根據(jù)客戶要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了11聯(lián)直進(jìn)式拉絲機(jī)，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(jī)拉絲專用變頻器SINE311，系統(tǒng)配置如下圖1所示，人機(jī)界面+PLC+正弦變頻器。 [align=center] 圖1、直進(jìn)式拉絲機(jī)系統(tǒng)示意圖[/align] 1、人機(jī)界面： 良好的人機(jī)接口，使操作簡(jiǎn)潔方便，各種參數(shù)一目了然。 我們?cè)诮缑嫔显O(shè)計(jì)了多種功能功能——系統(tǒng)啟動(dòng)、停車、跳卷、線速度設(shè)定、收卷點(diǎn)動(dòng)、斷線保護(hù)有效、防護(hù)罩有效等，方便操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。 2、PLC： PLC在整個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用——①得到人機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)后，PLC輸出使變頻器RUN與COM端子閉合，變頻器運(yùn)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(hào)，并按照30秒的加減速線性變化，如下圖2所示 [align=center] 圖2 PLC模擬量信號(hào)線性變化關(guān)系[/align] ③低速穿線時(shí)，需要前聯(lián)動(dòng)、正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)和后聯(lián)動(dòng)。 前聯(lián)動(dòng)：我們以放線工字輪為最前，假如我們?cè)?#塔輪處腳踏前聯(lián)動(dòng)開關(guān)，應(yīng)該是1#～4#機(jī)聯(lián)動(dòng)，即PLC使1#～4#變頻器同時(shí)走點(diǎn)動(dòng)頻率，以此類推。 正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)：當(dāng)某臺(tái)塔輪上線材松動(dòng)時(shí)，需要單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)該臺(tái)，其他塔輪不動(dòng)作。 反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)：極少用到可以不設(shè)計(jì)。 后聯(lián)動(dòng)：仍以放線工字輪為參照——最前，假如我們?cè)?#塔輪處腳踏后聯(lián)動(dòng)開關(guān)，應(yīng)該是4#～11#機(jī)聯(lián)動(dòng)。 3、變頻器 如圖1所示，機(jī)臺(tái)上有11個(gè)塔輪，其中1#～10#采用正弦SINE309拉絲機(jī)張力控制專用變頻器，分別對(duì)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(hào)，變頻器以此保證線材的恒張力。11#采用正弦SINE311拉絲機(jī)拉絲專用變頻器，沒有張力機(jī)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(shí)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(jìn)式拉絲機(jī)，加工的都是高碳鋼絲或不銹鋼絲，材質(zhì)堅(jiān)硬，即使在調(diào)試過程中汽缸擺臂有較大晃動(dòng)，也可能不會(huì)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(dòng)，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(diǎn) ● 正弦變頻器采用磁場(chǎng)定向電流閉環(huán)矢量控制，電機(jī)變量完全解耦。 ● 采用美國TI公司最新款高性能32bit電機(jī)控制專用DSP，高速、準(zhǔn)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(fù)載：180%電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，2秒內(nèi)不跳脫。 ● 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(jī)張力控制專用變頻器 1、型拉絲機(jī)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(jī)正常工作； 2、所有動(dòng)態(tài)參數(shù)：卷徑、傳動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)潔、成本更低、維護(hù)更方便，同時(shí)，控制效果更佳，設(shè)備運(yùn)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(jī)運(yùn)行。自動(dòng)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(diǎn)位置； 6、變頻器與電機(jī)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(chǎng)合，更換拉絲模具或機(jī)臺(tái)數(shù)時(shí)不需要調(diào)整任何參數(shù)。 SINE011系列拉絲機(jī)拉絲專用變頻器 1、傻瓜型拉絲機(jī)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(jī)正常工作。低速穿模、高速拉絲相互獨(dú)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(jī)沒有材料損耗； 3、根據(jù)拉絲線材實(shí)際負(fù)載變化，自動(dòng)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(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信息只是實(shí)時(shí)估算，而不進(jìn)行反饋控制，電流全程實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，，0.50Hz輸出達(dá)150%的額定力矩，自動(dòng)跟蹤負(fù)載的變化并自動(dòng)限定輸出電流，使其不超過允許的最大電流值。即使負(fù)載突變、快速加減速，變頻器也不發(fā)生故障，實(shí)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GFK＊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(hào)，由PLC的D/A模塊提供，UPID 為PID的調(diào)節(jié)信號(hào)。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(dòng)調(diào)節(jié)，直至收放設(shè)備的最佳實(shí)時(shí)傳動(dòng)比。 4、FB.00=10 0～前饋增益上限 如上所說，GFK隨收線卷卷徑自動(dòng)調(diào)節(jié)，直至收放設(shè)備的最佳實(shí)時(shí)傳動(dòng)比。達(dá)到最佳狀態(tài)時(shí)GFK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(shí)，反饋的模擬量信號(hào)就越弱，反之便越強(qiáng)。調(diào)試時(shí)，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(dāng)汽缸擺臂在下限位時(shí)，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(hào)最弱約0.05V，此時(shí)說明1#機(jī)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(jī)臺(tái)比較大，所有11臺(tái)11KW電機(jī)等都與機(jī)臺(tái)直接接觸，高速生產(chǎn)過程中，難免有震動(dòng)。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(huì)使凸輪松動(dòng)或傳感器位置偏移，除了安裝時(shí)將其緊固外，過一段時(shí)間要檢查一下傳感器反饋給變頻器的信號(hào)是否在0～10V內(nèi)，最好不要存在死區(qū)或死區(qū)范圍不能太大。否則直接影響變頻器對(duì)線材張力做出正確判斷。具體方法如下： [align=center] 圖1 位移傳感器與汽缸擺臂[/align] 將凸輪和傳感器緊固后，用手均勻推動(dòng)汽缸擺臂，使其在上下限位置平滑移動(dòng)，觀察SINE309變頻器監(jiān)視功能代碼C25——PID運(yùn)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(jī)的調(diào)試 所謂張力機(jī)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(jī)、直流電機(jī)或磁粉離合器收卷，習(xí)慣上把這部分叫做張力機(jī)?？蛻粼?jīng)試過采用變頻收卷，但效果都不很滿意。當(dāng)?shù)弥覀儾捎米冾l收線時(shí)，客戶還有些擔(dān)心，但調(diào)試結(jié)果使客戶很滿意。 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(jìn)行，工字輪卷徑不斷增大。SINE309變頻器通過實(shí)時(shí)卷徑自動(dòng)計(jì)算，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保持線速度一定。PID自動(dòng)調(diào)節(jié)使張力輪始終處在中間位置，保持恒張力。 張力機(jī)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(hào)觀測(cè)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(shí)，增大比例增益GP ● 在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù)GTi ● 在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)GTd 實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)，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(shí)間常數(shù)Td，延長積分時(shí)間常數(shù)Ti。如圖所示。 [align=center] 圖抑制輸出超調(diào)[/align] 抑制輸出周期振蕩：減小微分時(shí)間常數(shù)Td或使其為0，減小比例增益P。所示。 [align=center] 圖抑制輸出周期振蕩[/align] 五、總結(jié) 德州聚力焊材從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(jìn)式拉絲機(jī)和1套11聯(lián)直進(jìn)式拉絲機(jī)，使用一年多，生產(chǎn)效率大幅提高，且故障率低，維護(hù)方便，客戶非常滿意。 參考文獻(xiàn)《SINE300系列矢量控制變頻器使用說明書》