一、廠家情況簡(jiǎn)介 　　在國(guó)內(nèi)繞組線拉絲機(jī)械制造方面是最大的廠家，年產(chǎn)拉絲機(jī)設(shè)備400多套，變頻器的用量主要集中在1KW，年需400多臺(tái)，廠家主要設(shè)備有單變頻系統(tǒng)和雙變頻系統(tǒng)，單變頻系統(tǒng)使用11KW變頻器，拉絲部分和卷繞用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，卷繞控制采用機(jī)械完成，變頻器轉(zhuǎn)矩達(dá)到要求就可以了，這種設(shè)備成本較低，但機(jī)械部分復(fù)雜；雙變頻系統(tǒng)的收卷部分采用3.7KW變頻器控制4KW電機(jī)，要求卷繞張力恒定，廠家控制板加安川變頻器的方法實(shí)現(xiàn)，成本較高，控制系統(tǒng)繁雜。 目前市場(chǎng)壓力越來越大，廠家希望降低成本，希望卷繞部分采用變頻器直接進(jìn)行控制的方式，而用安川變頻器無法實(shí)現(xiàn)，所以廠家對(duì)其他的變頻器廠商開放了準(zhǔn)入的機(jī)會(huì)，廠方首先在雙變頻系統(tǒng)上包括11KW主驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用我司變頻器。 二、背景 　　銅線細(xì)伸機(jī)（拉絲機(jī)）工作簡(jiǎn)要原理如下： 1.工作簡(jiǎn)要原理： ｎ級(jí)拉伸共用一臺(tái)11KW電機(jī)拖動(dòng)，拉伸力來源于拉伸輪與銅線的摩擦力，摩擦力的大小與銅線的張緊程度有關(guān)，整個(gè)拉伸系統(tǒng)各級(jí)之間依靠拉伸輪的轉(zhuǎn)速差別和線上張力傳遞來控制同步協(xié)調(diào)工作。工作時(shí)需用冷卻油進(jìn)行散熱。 繞圈部分用一臺(tái)3.7KW電機(jī)拖動(dòng)，需要保持第ｎ級(jí)拉伸到繞筒之間線上張力恒定，若這一段張力波動(dòng)，則第ｎ級(jí)拉伸輪上的摩擦力就會(huì)波動(dòng)，依此類推，整個(gè)拉伸系統(tǒng)就處于波動(dòng)狀態(tài)，拉出的銅絲質(zhì)量會(huì)變差，甚至由于打滑將銅絲磨斷。 2.系統(tǒng)控制要求： 11KW主驅(qū)動(dòng)用通用變頻器模擬給定速度的方式，很簡(jiǎn)單無特殊要求；卷繞部分用3.7KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，要求線上張力恒定，張力擺桿保持在恒定位置，我們?cè)嚨木褪沁@一部分。 3.控制難點(diǎn)： 　 末級(jí)銅線極細(xì)，極易拉斷，卷滿銅線的卷筒很重，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大。 既要快速跟蹤主驅(qū)動(dòng)的速度變化，又要調(diào)節(jié)線上張力恒定，還不能有過大的抖動(dòng)，同時(shí)卷徑的變化對(duì)輸出頻率與線速度的比例關(guān)系。 4.控制方案：采用頻率復(fù)合給定的方式 　　　　　　　　　　　　　　　F=F1×（D0/D）+ΔF F為輸出頻率；F1為主設(shè)定頻率，利用主驅(qū)動(dòng)變頻器的模擬輸出按空卷時(shí)對(duì)應(yīng)的比例取得；D0為空筒卷徑D為實(shí)際卷徑；ΔF為過程PID的輸出量，由變頻器內(nèi)置PID實(shí)現(xiàn)，反饋信號(hào)為張力擺桿的輸出。 　 5.結(jié)果： 加減速過程和恒速運(yùn)行都能保持穩(wěn)定的張力，空卷起動(dòng)運(yùn)行、滿卷起動(dòng)都沒問題， 最高線速2500M/MIN（變頻器輸出頻率約100HZ）。 　 6.存在問題： 　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上11KW主驅(qū)動(dòng)用的是松下變頻器，工作在V/F控制方式下，如果停機(jī)狀態(tài)銅線沒有繃緊，當(dāng)系統(tǒng)開始起動(dòng)時(shí)，因?yàn)榇蚧木壒?，主?qū)動(dòng)沒有吃上載，隨著卷繞變頻器控制張力快速建立起來的同時(shí)，主驅(qū)動(dòng)的負(fù)載突然增加而轉(zhuǎn)速跌落很大，使線上張力急速變大，造成的結(jié)果要么是拉斷銅線，要么是引起PID調(diào)節(jié)的振蕩，再者松下變頻器的模擬輸出在0～5HZ嚴(yán)重偏高，并且在60HZ就達(dá)到滿值。因?yàn)橐陨系脑?，使系統(tǒng)起動(dòng)的開始部分象過關(guān)，一旦起動(dòng)起來，其他的過程都沒問題。我們做實(shí)驗(yàn)，起動(dòng)前先手工將銅線繃緊，就能順利起動(dòng)起來。 　　 廠方電氣部的張部長(zhǎng)對(duì)調(diào)試結(jié)果很滿意，對(duì)主驅(qū)動(dòng)11KW松下變頻器的性能不足也很了解，要求下次將主驅(qū)動(dòng)的11KW變頻器換成我司的TD3000，把控制效果調(diào)到最佳。 　　拉絲機(jī)的卷繞部分直接用變頻器控制目前還是第一次實(shí)現(xiàn)，永雄機(jī)械廠使用變頻器的品牌也很多，但都不能對(duì)卷繞直接控制，以前采用的大多是伺服電機(jī)控制，系統(tǒng)成本不低，工藝復(fù)雜，廠方一直想用變頻器取代。我司變頻器的成功應(yīng)用，必將大大提升我司在拉絲行業(yè)的品牌，并對(duì)其他工控行業(yè)產(chǎn)生輻射效應(yīng)。單純就永雄機(jī)械廠來講，同類機(jī)械年產(chǎn)即四、五百臺(tái)，每一臺(tái)用一臺(tái)11KW和一臺(tái)3.7KW，其它設(shè)備使用的通用變頻器若全采用我司的，數(shù)量也很可觀。通過永雄機(jī)械廠在同行業(yè)中影響，我司變頻器在拉絲行業(yè)的推廣將會(huì)有很大優(yōu)勢(shì)。 控制性能完全達(dá)到要求，無論起動(dòng)、停機(jī)還是高速運(yùn)行，收線張力都很平穩(wěn)，起動(dòng)、停機(jī)時(shí)間也可以調(diào)的比較短，經(jīng)過試驗(yàn)，PID參數(shù)在比較寬的范圍內(nèi)都能達(dá)到控制效果，使以后用戶的調(diào)試變的很簡(jiǎn)單。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)高速時(shí)張力擺桿會(huì)出現(xiàn)周期性的擺動(dòng)，怎么調(diào)節(jié)PID參數(shù)也無法消除，后來發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)發(fā)生在排線器走到兩邊時(shí)，停機(jī)觀察，原來是排線器沒有調(diào)好，使卷繞不均勻，兩邊緊靠邊的地方卷徑明顯比中間粗，擾動(dòng)即來源于此，換上新卷后，擾動(dòng)消失。通過和上次調(diào)試情況對(duì)比，TD3000的性能優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，起動(dòng)時(shí)觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)很平穩(wěn)，模擬量輸出信號(hào)線形度非常好。我們調(diào)試用的拉絲機(jī)已經(jīng)很舊，高速拉絲振動(dòng)很大，控制柜是99年DANFOSS的代理商給設(shè)計(jì)的。廠方很滿意調(diào)試結(jié)果，馬上要針對(duì)我司重新設(shè)計(jì)兩套控制柜，作為高性能拉絲機(jī)樣機(jī)參加展覽，對(duì)我司在拉絲行業(yè)甚至整個(gè)工控行業(yè)的品牌提升將會(huì)產(chǎn)生很大影響。 　 （附）控制接線圖如下： 7.控制方案及功能碼如下 　　A、拉絲機(jī)的主驅(qū)動(dòng)選用TD3000 11KW變頻器，采用端子控制、模擬速度設(shè)定，模擬輸出端子AO1設(shè)定為運(yùn)行頻率輸出，用來作為收線變頻器的頻率主給定和線速度反饋信號(hào)。可編程繼電器設(shè)為零速到達(dá)信號(hào)輸出，控制系統(tǒng)的抱閘，X1端子設(shè)定為自由停車端子，用做非正常情況下的停機(jī)信號(hào)。 運(yùn)行方式采用開環(huán)矢量控制，具有低頻轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行平穩(wěn)的特性，運(yùn)行前先要對(duì)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)調(diào)諧。 參數(shù)設(shè)置如下： B、收線部分是系統(tǒng)控制的難點(diǎn)，對(duì)整個(gè)拉絲機(jī)的性能具有決定性的影響，要求收線張力恒定，張力可用擺桿信號(hào)反饋。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)拉的銅線線徑只有0.2mm，張力稍微一大就會(huì)拉斷，而纏滿銅線的卷筒有幾十公斤，因?yàn)閼T量轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于張力轉(zhuǎn)矩，所以用張力開環(huán)的方式行不通，而用張力反饋進(jìn)行PID調(diào)節(jié)頻率的方式，在加減速過程中很難快速跟隨。 根據(jù)以上情況，采用通過11KW主驅(qū)動(dòng)變頻器的運(yùn)行頻率和收線卷的卷徑計(jì)算出同步跟蹤頻率作為主給定頻率，用張力反饋信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算作為輔助調(diào)節(jié)頻率的方案。11KW的一個(gè)模擬輸出端口設(shè)定為運(yùn)行頻率輸出，信號(hào)為0～20mA，對(duì)應(yīng)0到最大頻率，接到3.7KW模擬輸入口AI2，3.7KW變頻器的AI2改變跳線為電流設(shè)定，輸入0～20mA對(duì)應(yīng)0到最大頻率，最大頻率設(shè)為主驅(qū)動(dòng)最大頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的收線電機(jī)在空卷時(shí)的頻率。卷徑來源選用方案0——線速度卷徑計(jì)算法，線速度的來源也用11KW的模擬輸出，用AI2輸入，0～20mA對(duì)應(yīng)0到最大線速度，最大線速度設(shè)為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的收線線速度。 線速度較低時(shí)，卷徑計(jì)算的誤差會(huì)比較大，所以應(yīng)將最低線速度設(shè)為比較合理的值，當(dāng)線速度低于設(shè)定的最低線速度時(shí)，卷徑將保持，而不再進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)的卷徑變化非常慢，所以不會(huì)有影響。 收線變頻器的參數(shù)設(shè)置如下：