海浦蒙特变频器在双变频拉丝机上的应用
2013/6/20 14:09:52
1 引言
拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要功能是将各种线材拉成所需各种规格的细丝。近年来，变频器得以在拉丝机行业大量应用，其大大提高了拉丝机的自动化水平与加工能力、有效降低了设备的单位能耗与维护成本，得到了行业的广泛认同。
2 拉丝机及其工艺简介
2.1 拉丝机简介
拉丝机也被叫做拔丝机，是指在常温下通过拉伸模具对金属材料进行压力加工的一种机械设备，通过拉伸可以将线材加工成为所需要的各种规格的线材，是在工业应用中使用很广泛的机械设备，广泛应用于机械制造，五金加工，石油化工，塑料，竹木制品，电线电缆等行业。
拉丝机按其用途可分为金属拉丝机，塑料拉丝机，竹木拉丝机等；从产品终端来说，拉丝机可以分为大拉机、中拉机、小拉机、微拉机；从拉丝机内部控制方式和机械结构来说，又可以分为水箱式、滑轮式、直进式等主要的几种。一般，大拉机的加工线径在10mm以上，中拉机在1－10mm之间，小拉在0.1－1mm之间，小于0.1mm的为微拉。
2.2 拉丝机工艺简介
放线：对于整个拉丝机环节来说，拉丝机线材的放线过程没有过高精度的要求，双变频控制的拉丝机械，利用拉丝环节的丝线张力通过圆盘拉伸，也就是通过张力放线架自动放线。
拉丝：不同金属材料，不同的产品精度和要求，拉丝环节有很大的不同，拉丝部分由一台主电机控制，金属线材通过内部塔轮的导引，经过各级模具而逐步拉伸，以达到所要求规格的线材。同时在拉丝时，开启冷却液对模具冷却。
收卷：收卷为双变频拉丝机最为关键的环节，对拉丝机的性能起决定性的影响，也是考验拉丝机电气性能的重要依据。收卷由一收卷电机带动收线盘收卷，线材由拉丝部分出来经过张力摆杆，张力摆杆的作用是反馈当前的张力信号给主机，从机根据反馈信号的偏差调节输出频率，以此来保证在收卷过程中恒定的张力。
2.3 工艺要求
1．拉丝部分速度无级可调，起动转矩大，运行平稳。
2．收线部分卷径从小到大变化时，始终要保证线速度恒定。
3．不论摆杆在任何位置都可直接启动，且启动过程中不用手扶。
4．运行全过程中张力摆杆稳定。当检测到张力有所变化时，收卷要快速响应，以重新达到张力恒定状态。
5．起动停机时均保证平稳过度，并保证一定的张力，防止断线。
6．穿线时，拉丝电机需要点动运行。
7．断线时，需有抱闸信号，克服收卷的惯性，防止原来缠绕好的线散卷。
8．不论当前收卷的状态是空盘、半盘、满盘都随时可以停机、起动。
3 双变频拉丝机工作原理
主拉变频器实际上只作一个简单的调速，但需要输出频率变化信号（即模拟量AO输出信号，AO功能选择为输出频率）作为收线变频器速度基准。收线拉丝机根据主机发出的信号以及摆杆位置反馈电压信号计算同步输出频率，计算时要考虑适应主机不同速度，收线盘不同盘径，摆杆不同位置的情况。
放线电机与收线电机分别由两台变频器控制。放线变频器通过外部模拟量调节转速，收线变频器由放线变频器的频率变化输出信号、张力摆杆反馈信号，经PID调节后控制收线变频器。随着收线筒卷径的变化张力摆杆的反馈信号也随着变化，这个信号与放线变频器模拟AO输出信号构成PID两路输入信号，经PID调节后控制收线变频器，使丝线保持一定的线速度。
由于收线电机在机械传动比自适应PID模式控制下，能自动实现与主拉同步，摆杆的位置也基本保持在中间位置，从某种意义上讲也保证了收线的张力恒定。
4 提供方案及说明
1）方案
根据客户现场实际情况提供的方案：
1．放线：自由方式放线。
2．拉丝：由一台功率为22KW的HD30矢量控制变频器驱动一台22KW异步电动机。经过5级模具，将1.2mm的铜线拉到0.3mm，采用水冷式。
3．收线： 由一台功率为11KW的HD30-T拉丝机专用矢量控制变频器驱动一台11KW异步电动机，电机处于停止状态时，有抱闸动作，收线装置不能再转动。
4．张力反馈：在拉丝和收线环节中间有一张力浮辊，浮辊后端接有一单圈电位器，通过电位器来反馈浮辊位置，即达到检测张力的目的。
2）调试说明
a．首先根据工艺要求的最大线速度计算出主拉变频器所需要的最大运行频率；
b．根据实际的传动比情况算出收卷所需的最大频率；
c．根据半盘时机械转动比关系设定默认传动比系数；
d．主拉变频器的加减速时间尽可能的长（一般在40～60s），可以平稳的进行加减速；
e．要调整好张力摆杆的平衡位置，保证机械中点对应反馈的中点。
为了配合断线的检测，在起动的时候，先将摆杆托起到平衡位置，等线拉紧了，再松开，防止摆杆在限位开关位置，电机不能起动。 在调试时，首先将主拉和收卷变频器的开环矢量方式调试正常。根据工艺要求的最大线速度计算出收卷变频器所需要的最大运行频率，然后根据实际的传动比对应好主拉的最大频率，保证前后级的线速度差不是很大。从而根据张力摆杆反馈值做PID调节控制收卷变频器。
3）参数设置(仅列出收卷变频器参数)
设置参数 | 参数设定值 |
速度控制方式选择（F00.01） | 无PG矢量控制【2】 |
扩展引用功能（F00.05） | 张力控制【2】 |
变频器最大输出频率（F00.06） | 【70.00】 |
上限运行频率（F00.08） | 【70.00】 |
命令设定通道选择（F00.11） | 端子运行命令通道【1】 |
加速时间1（F03.01） | 1.5 |
减速时间1（F03.02） | 【1.5】 |
速度控制比例增益1/2（F10.00/F10.02） | 【40.0】 |
电流环KP（F11.00） | 【1000】 |
电流环KI（F11.01） | 【500】 |
电流环输出滤波次数（F11.02） | 【1】 |
DI2端子功能选择（F15.01） | 自由停机常开输入【41】 |
DI3端子功能选择（F15.02） | 外部复位输入【46】 |
DO1端子功能选择（F15.18） | 变频器故障【31】 |
RLY1继电器功能选择（F15.20） | 保留【0】 |
制动单元动作电压（F19.24） | 【650】 |
载波频率设定（F23.00） | 【4】 |
机械传动比（T00.03） | 【0.55】 |
最大卷径（T01.00） | 【220】 |
空卷卷径1/2/3/4（T01.02/T01.03/T01.04/T01.05） | 【220】 |
当前卷径（T01.09） | 【220】 |
最大线速度（T01.11） | 【2400.0】 |
卷径计算最低线速度（T01.12） | 【1000.0】 |
张力PID比例增益1/2（T03.09/T03.12） | 【0.08】 |
张力PID积分时间1/2（T03.10/T03.13） | 【1.05】 |
张力PID微分时间1/2（T03.11/T03.14） | 【1.20】 |
张力PID调节依据（T03.15） | 依据卷径调节【1】 |
张力PID输出限定值（T03.20） | 【100.0】 |
多功能端子DI1/DI2（T05.04/T05.05） | 保留【0】 |
多功能端子DI4（T05.07） | 卷径复位【1】 |
DO1输出功能（T05.13） | 保留【0】 |
继电器1输出功能选择（T05.15） | 保留【0】 |
5 调试注意事项
1）摆杆位置电压反馈信号与摆杆位置的线性关系要正确，若不正确，可通过设置F05组外部给定量特性曲线修正。
2）收卷反应速度较慢，可以适当的加大PID1的比例增益P和减小积分时间I。
3）拉丝电机加减速时间设长一点，这样便于收卷电机的跟踪。
4）正常运行中，张力摆杆摆动过大，而调节PID的参数不能起到很好的效果时，这时要检查张力摆杆反馈信号与摆杆之间的一大一小两个齿轮的配合间隙。
5）系统在低速运行时，张力非常的平稳，但高速运行时张力摆杆出现波动，这时需启用两组PID参数，将T03.15改成2（依据运行频率调节）。同时以原来设置好的那组参数为依据设置第二组参数。
6）当正常运行过程中，如果出现周期性的突然波动，这时应注意排线机行程开关的位置。如不在最佳位置时，会出现卷盘两边不平导致卷取直径变化，进一步影响张力摆杆的平稳度。
6 结束语
双变频拉丝机应用方案的成功改造，降低了系统成本，加快了系统响应速度，操作更为简单方便，工作效率得到了明显提高，高稳定的运行状态减少了断线率，提高了产品质量。实践证明，本文介绍的改造方案是一种高稳定、性能可靠的、能满足现场实际要求的拉丝机改造方案。
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