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正弦变频器在直进式拉丝机上的应用

--SINE309矢量型张力控制专用变频器

供稿:深圳市正弦电气股份有限公司 2010/9/30 10:56:00

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引言
        拉丝机是金属线材生产的重要设备,主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为:大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械结构上可分为:滑轮式、活套式、水箱式和直进式。在电线电缆行业,双变频细微拉应用十分广泛。相对而言,其要求的控制性能也较低,而对大部分钢丝生产企业,针对材料特性,其精度要求和拉拔稳定度高,因此使用直进式拉丝机较多。特别是焊材生产企业,气体保护焊丝、埋弧焊丝、铝焊丝、氩弧焊丝、不锈钢焊丝、高强度焊丝以及最先进的药芯焊丝,其对拉丝机的电气控制要求很高。变频器作为主要的电气控制部分,它的性能,特别是张力控制的精度直接影响到产品的质量和产量。
深圳正弦电气作为一家专业的变频器制造商,所生产的拉丝机专用变频器,以其卓越的性能赢得了电线电缆企业和焊丝生产企业的认可和好评。

一、拉丝机工作原理
        直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备,通过逐级拉拔,可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格,所以工作效率比较高。但是,由于通过每一级的拉拔后,钢丝的线径发生了变化,所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。
        根据拉模配置的不同,各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒流量体积不变,即使以下公式成立:

                              

其中 R:进线钢丝的直径
r: 出线钢丝的直径
V1:进线钢丝的线速度
V2:出线钢丝的线速度
        直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式,保证各个拉拔头同步运行。但是,以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程,由于机械传动的误差以及机械传动的间隙,还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中,各个拉拔头就无法保持同步,所以,我们在直进式拉丝机上采用了位移传感器(如图1所示),动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力,再把张力转换成标准信号(0/4~20mA或0~10V),用这个标准信号反馈给调速变频器,变频器用这个信号作闭环PID过程控制,在主速度上叠加上PID计算的调整量,保持各个张力检测点的张力恒定,也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。

二、系统介绍
        该套设备的作用是对药芯焊丝的二次精拉。药芯焊丝是用钢带卷曲为空心的钢丝,卷曲的过程中,将特制的药粉填充空心处,经过拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再经过二次拉拔形成1.20mm左右的成品(依需求而定)。我们调试的时候模具的配比如表1。

进线1#模2#模3#模4#模5#模6#模7#模8#模9#模10#模11#模
2.802.702.502.302.101.901.721.581.481.381.281.18

                                                表1模具配比

        根据客户要求,我们设计了11联直进式拉丝机,该系统采用深圳正弦电气新一代产品——完全电流矢量张力控制专用变频器SINE309和拉丝机拉丝专用变频器SINE311,系统配置如下图1所示,人机界面+PLC+正弦变频器。


                                                                                                             图1、直进式拉丝机系统示意图

1、 人机界面:
良好的人机接口,使操作简洁方便,各种参数一目了然。
我们在界面上设计了多种功能功能——系统启动、停车、跳卷、线速度设定、收卷点动、断线保护有效、防护罩有效等,方便操作人员对设备进行操作和监控。
2、 PLC:
PLC在整个系统中起着重要的作用——①得到人机的启动信号后,PLC输出使变频器RUN与COM端子闭合,变频器运行。②根据触摸屏上设定的线速度,PLC的D/A模块输出0~10V的主速度信号,并按照30秒的加减速线性变化,如下图2所示

                                                                                                                                               图2 PLC模拟量信号线性变化关系
③低速穿线时,需要前联动、正转点动、反转点动和后联动。
前联动:我们以放线工字轮为最前,假如我们在4#塔轮处脚踏前联动开关,应该是1#~4#机联动,即PLC使1#~4#变频器同时走点动频率,以此类推。
正转点动:当某台塔轮上线材松动时,需要单独点动该台,其他塔轮不动作。
反转点动:极少用到可以不设计。
后联动:仍以放线工字轮为参照——最前,假如我们在4#塔轮处脚踏后联动开关,应该是4#~11#机联动。
3、 变频器
如图1所示,机台上有11个塔轮,其中1#~10#采用正弦SINE309拉丝机张力控制专用变频器,分别对应位移传感器。位移传感器反馈给变频器4~20mA的电流信号,变频器以此保证线材的恒张力。11#采用正弦SINE311拉丝机拉丝专用变频器,没有张力机构。12#同样采用正弦SINE309变频器控制收线轮,与1#~10#不同的是,收线工字轮的卷径在不断的变化,而且还要保持线材恒张力,以免张力过大断线或太松乱线。
在前面提到,我们拉拔的是药芯焊丝,其材质较实心钢丝柔软很多。06年我们给客户安装的6套八联和3套七联直进式拉丝机,加工的都是高碳钢丝或不锈钢丝,材质坚硬,即使在调试过程中汽缸摆臂有较大晃动,也可能不会断线。药芯焊丝的硬度大约只有高碳钢或不锈钢丝的一半,在生产过程中就要求张力控制得很好,即汽缸摆臂几乎不晃动,才能保证生产的高效。也就是要求变频器有很好的张力控制能力。
三、正弦变频器特点
● 正弦变频器采用磁场定向电流闭环矢量控制,电机变量完全解耦。
● 采用美国TI公司最新款高性能32bit电机控制专用DSP,高速、准确完成复杂的控制算法,国内首家产品化应用。
● 调速精度:0.01Hz
● 调速范围:0.01~600.00Hz
● 冲击负载:180%电机额定转速

更多内容请访问 深圳市正弦电气股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=41512)

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