HD50在直進式拉絲機上的應用

摘要:本文簡單介紹了海浦蒙特HD50變頻器在直進式拉絲機上的應用。闡述了直進式拉絲機的工作原理及其工作過程,從實際應用出發介紹了直進式拉絲機變頻控制系統的配置、簡單調試過程及優點。

 


1 引言


  直進式拉絲機是一種高速、高效、無彎曲、無扭轉、強冷卻、性價比非常卓越的無滑動連續式拉絲機,在歐美等發達國家或地區早已經得到廣泛的應用。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。盡管直進式拉絲機較滑輪式拉絲機在生產效率、生產成本、產品質量等方面存在絕對的優越性,但其昂貴的一次性投資,使許許多多國內金屬制品企業望而卻步。

  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。

 


2 海浦蒙特變頻器特點


  海浦蒙特變頻器采用磁場定向電流閉環矢量控制方式,采用美國TI公司先進的32bit電機控制專用DSP,主頻達到150M,能夠更高速更精確的完成復雜的矢量控制算法。

  過載能力:150%額定輸出電流2分鐘;180%額定輸出電流10秒

  驅動電機類型:交流異步電機、同步電機

  控制方式:V/f控制;開環矢量控制(SVC);閉環矢量控制(VC)

  運行命令設定方式:操作面板設定;外部端子設定;通過SCI通訊口由上位機設定

  速度設定方式:數字設定、模擬設定、SCI通訊設定 


  速度設定分辨率:數字設定:0.01Hz 

  模擬設定:0.1%×最大頻率

  速度控制精度:±0.5%(SVC);±0.05%(VC)

  速度控制范圍:1:100(SVC);1:1000(VC)

  轉矩控制響應:<200ms(svc);<50ms(vc)< span="">

  起動轉矩:180%額定轉矩/0.5Hz(SVC);180%額定轉矩/0Hz(VC)

  轉矩控制精度:±5%

 


3 工作原理 


  直進式拉絲機是有多個拉拔頭組成的小型的連續生產設備,通過逐級拉拔,可以一次性把鋼絲冷拉到所需的規格,所以工作效率比較高。但是,由于通過每一級的拉拔后,鋼絲的線徑發生了變化,所以每個拉拔頭工作線速度也應有變化。 

  根據拉模配置的不同,各個拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準是每個時刻通過拉模的鋼絲的秒流量體積不變,即使公式成立:πR2×V1=πr2×V2,其中:

R:進線鋼絲的直徑;R:出線鋼絲的直徑;V1:進線鋼絲的線速度;V2:出線鋼絲的線速度

  直進式拉絲機的各個拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式,保證各個拉拔頭同步運行。但是以上說明僅是基于理想狀態的穩態工作過程,由于機械傳動的誤差以及機械傳動的間隙,還有在起動、加速、減速、停止等動態的工作過程中,各個拉拔頭就無法保持同步,所以我們在直進式拉絲機上采用了位移傳感器,動態測量各個拉拔頭間的鋼絲的張力,然后把張力轉換成標準信號(0/4-20mA或0-10V),反饋給調速變頻器,變頻器接收到該信號后用作閉環PID過程控制,在主速度上疊加上PID計算的調整量,保持各個張力檢測點的張力恒定,也就保證直進式拉絲機工作在同步恒張力的工作狀態。

 


直進式拉絲機變頻控制系統配置


  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海浦蒙特HD50變頻器內部實現。系統配置如圖1所示:

  機臺上有11個塔輪,其中1#-10#采用海浦蒙特HD50拉絲機專用變頻器,分別對應位移傳感器。位移傳感器反饋給變頻器4-20mA的電流信號,變頻器以此保證線材的恒張力。

  11#采用海浦蒙特HD50拉絲機專用變頻器,沒有張力機構。

  12#同樣采用海浦蒙特HD50拉絲機專用變頻器控制收線輪,與1#-10#不同的是,收線工字輪的卷徑在不斷的變化,同時還要保持線材恒張力,以免張力過大斷線或太松亂線。

  工作過程:根據在觸摸屏設定的作業速度,該速度信號進入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AI1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的AI2作為PID控制的反饋信號。根據擺臂在中間的位置設定一個PID的給定值。該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。

圖1  直進式拉絲機系統示意圖

拉絲參數設置:

結語

  本系統在優化參數值之后,設備試機時速度650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。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,同時設備效率以及節電率明顯提高。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,是個性價比非常高的方案。

 

已發表于《控制與傳動》2014年第七期    海浦蒙特HD50在直進式拉絲機上的應用


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