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  • 直進式拉絲機系統解決方案

    2020-11-09 13:37:41 1

    摘要 在直進式拉絲機控制中采用變頻調速具有配置簡練、邏輯清晰、成本下降的特點,同時本文還詳細介紹了匯川MD320變頻器在拉絲機上的應用。
    關鍵詞 直進式拉絲機 同步 變頻控制

    1、前言
    金屬制品是冶金工業中的重要一環,但在我國該行業卻是一個薄弱環節,機械、電氣設備陳舊,阻礙了行業的發展。在金屬加工中,直進式拉絲機是常見的一種,在以前通常都采用直流發電機-電動機組(F-D系統)來實現,現在隨著工藝技術的進步和變頻器的大量普及,變頻控制開始在直進式拉絲機中大量使用,并可通過PLC來實現拉拔品種設定、操作自動化、生產過程控制、實時閉環控制、自動計米等功能。
    采用變頻調速系統的直進式拉絲機技術先進、節能顯著,調速范圍在正常工作時為30:1,同時在5%的額定轉速時能提供超過1.5倍的額定轉矩。
    本文以某廠生產不銹鋼絲的直進式拉絲機變頻改造為例,來說明變頻控制的應用過程及效果。

    2、直進式拉絲機變頻控制系統
    該直進式拉絲機主要對精軋出來的不銹鋼絲進行牽伸,設計的工藝要求為:(1)最高拉絲速度600m/min;(2)加工品種主要三種,分別是進線2.8mm→出線1.2mm、2.5mm→1.0mm、2.0mm→0.8mm;(3)緊急停車斷頭不多于2個。
    直進式拉絲機是拉絲機中最難控制的一種,由于它是多臺電機同時對金屬絲進行拉伸,作業的效率很高。不象以前經常遇到的水箱拉絲機和活套式拉絲機,允許金屬絲在各道模具之間打滑。同時它對電機的同步性以及動態響應的快速性都有較高的要求。由于不銹鋼材料特性比較脆,缺少像高碳鋼絲或者鋼簾線那樣的韌性,比較容易在作業過程中拉斷。
    本系統共有8臺11kW變頻器。系統的電氣配置為活套一臺,安裝在第一級,作用是將成卷的不銹鋼絲牽引到拉絲部分,由于活套可以自由打滑,因此這臺電機不需要特別的控制。拉絲部分共有六個直徑400mm的轉鼓。每個轉鼓之間安裝有用于檢測位置的氣缸擺臂,采用位移傳感器可以檢測出擺臂的位置,當絲拉得緊的時候,絲會在擺臂的氣缸上面產生壓力使得擺臂下移。最終是收卷電機,該部分采用自行滑動的錐形支架,整個過程卷徑基本不變化,因此不需要用到卷徑計算功能。八臺電機功率采用變頻專用電機,同時帶有機械制動裝置。
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    圖一 直進式拉絲機控制示意
    直進式拉絲機的系統邏輯控制較為復雜,有各種聯動關系,由PLC實現。同步方面的控制則全部在匯川MD320變頻器內部實現,不依賴外部控制。
    其工作原理是:根據操作工在面板設定決定作業的速度,該速度的模擬信號進入PLC,PLC考慮加減速度的時間之后按照一定的斜率輸出該模擬信號。這樣做的目的主要是滿足點動、穿絲等一些作業的需要。PLC輸出的模擬電壓信號同時接到所有變頻器的AI2(AI1也可以)輸入端,作為速度的主給定信號。各擺臂位移傳感器的信號接入到對應的轉鼓驅動變頻器作為PID控制的反饋信號。根據擺臂在中間的位置,自己設定一個PID的給定值。這個系統是非常典型的帶前饋的PID控制系統,一級串一級,PID作為微調量。
    之所以選擇匯川MD320變頻器,就在于它能輕松實現主速度跟隨加PID微調的功能,而無須額外的控制板。在本系統中參數設置如下:
    F0-03=2:主頻率源X為AI2
    F0-04=8:輔助頻率源Y為PID
    F0-07=1:頻率源選擇為主頻率源X+輔助頻率源Y
    FA-00=0:PID給定源為數字鍵盤給定
    FA-01=4:PID的設定值(該值的基準值為系統的反饋量)
    FA-02=0:PID的反饋值AI1
    FA-03=0:PID的作用方向(當反饋信號大于PID的給定時,要求變頻器頻率輸出下降,才能達到PID平衡)
    FA-05=25:PID的P值
    FA-06=1:PID的I值
    FA-07=0.08:PID的D值
    FA-08=0.1:PID?的采樣周期
    FA-09=0:PID的偏差極限
    由于系統的穩定在很大程度上取決于PID作用,因此對其參數的整定必須考慮周全,在低速、高速、升速和降速等情況都予以考慮。另外在本系統中必須加入微分限幅。
    圖二所示為PID控制原理:
    圖片關鍵詞
    圖二 過程PID控制原理

    3、結束語
    本系統在優化參數值之后,設備試機時速度600米/min非常穩定,完全解決了原來采用同步板高速度下面不穩的問題(原來只能開到300米/min)。通過各種工況下的對比測試,和采用進口直流驅動器的拉絲機性能一樣,同時設備效率為90-95%、節電率為40%左右。而且本系統電氣器件配置簡練、邏輯清晰,成本與原來相比還有較大的降低,的確是個性價比優良的方案。

    參考文獻
    1、《MD系列模塊化變頻器MD320用戶手冊》2004年深圳 深圳市匯川技術有限公司
    2、《電氣變頻調速設計技術》杜金城 2001年北京 中國電力出版社




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