——SINE309矢量型張力控制專用變頻器

引言

拉絲機(jī)是金屬線材生產(chǎn)的重要設(shè)備，主要是將金屬線材拉拔成各種規(guī)格的細(xì)絲。從產(chǎn)品規(guī)格上可分為：大拉機(jī)、中拉機(jī)、小拉機(jī)以及細(xì)微拉。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上可分為：滑輪式、活套式、水箱式和直進(jìn)式。在電線電纜行業(yè)，雙變頻細(xì)微拉應(yīng)用十分廣泛。相對(duì)而言，其要求的控制性能也較低，而對(duì)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進(jìn)式拉絲機(jī)較多。特別是焊材生產(chǎn)企業(yè)，氣體保護(hù)焊絲、埋弧焊絲、鋁焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲、高強(qiáng)度焊絲以及最先進(jìn)的藥芯焊絲，其對(duì)拉絲機(jī)的電氣控制要求很高。變頻器作為主要的電氣控制部分，它的性能，特別是張力控制的精度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
深圳正弦電氣作為一家專業(yè)的變頻器制造商，所生產(chǎn)的拉絲機(jī)專用變頻器，以其卓越的性能贏得了電線電纜企業(yè)和焊絲生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可和好評(píng)。

一、拉絲機(jī)工作原理

直進(jìn)式拉絲機(jī)是有多個(gè)拉拔頭組成的小型的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過逐級(jí)拉拔，可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規(guī)格，所以工作效率比較高。但是，由于通過每一級(jí)的拉拔后，鋼絲的線徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)拉拔頭工作線速度也應(yīng)有變化。

根據(jù)拉模配置的不同，各個(gè)拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準(zhǔn)是每個(gè)時(shí)刻通過拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即使以下公式成立：

πR2×V1= πr2×V2

其中 R：進(jìn)線鋼絲的直徑
r： 出線鋼絲的直徑
V1：進(jìn)線鋼絲的線速度
V2：出線鋼絲的線速度

直進(jìn)式拉絲機(jī)的各個(gè)拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個(gè)拉拔頭同步運(yùn)行。但是，以上的說明是基于理想狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)工作過程，由于機(jī)械傳動(dòng)的誤差以及機(jī)械傳動(dòng)的間隙，還有在起動(dòng)、加速、減速、停止等動(dòng)態(tài)的工作過程中，各個(gè)拉拔頭就無法保持同步，所以，我們?cè)谥边M(jìn)式拉絲機(jī)上采用了位移傳感器（如圖1所示），動(dòng)態(tài)測(cè)量各個(gè)拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0/4~20mA或0~10V)，用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)反饋給調(diào)速變頻器，變頻器用這個(gè)信號(hào)作閉環(huán)PID過程控制，在主速度上疊加上PID計(jì)算的調(diào)整量，保持各個(gè)張力檢測(cè)點(diǎn)的張力恒定，也就保證了直進(jìn)式拉絲機(jī)工作在同步恒張力的工作狀態(tài)。

二、系統(tǒng)介紹

該套設(shè)備的作用是對(duì)藥芯焊絲的二次精拉。藥芯焊絲是用鋼帶卷曲為空心的鋼絲，卷曲的過程中，將特制的藥粉填充空心處，經(jīng)過拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再經(jīng)過二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我們調(diào)試的時(shí)候模具的配比如表1。
表1 模具配比

根據(jù)客戶要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了11聯(lián)直進(jìn)式拉絲機(jī)，該系統(tǒng)采用深圳正弦電氣新一代產(chǎn)品——完全電流矢量張力控制專用變頻器SINE309和拉絲機(jī)拉絲專用變頻器SINE311，系統(tǒng)配置如下圖1所示，人機(jī)界面+PLC+正弦變頻器。

圖1、直進(jìn)式拉絲機(jī)系統(tǒng)示意圖
1、 人機(jī)界面：

良好的人機(jī)接口，使操作簡(jiǎn)潔方便，各種參數(shù)一目了然。
我們?cè)诮缑嫔显O(shè)計(jì)了多種功能功能——系統(tǒng)啟動(dòng)、停車、跳卷、線速度設(shè)定、收卷點(diǎn)動(dòng)、斷線保護(hù)有效、防護(hù)罩有效等，方便操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。

2、 PLC：

PLC在整個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用——①得到人機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)后，PLC輸出使變頻器RUN與COM端子閉合，變頻器運(yùn)行。②根據(jù)觸摸屏上設(shè)定的線速度，PLC的D/A模塊輸出0~10V的主速度信號(hào)，并按照30秒的加減速線性變化，如下圖2所示：

圖2 PLC模擬量信號(hào)線性變化關(guān)系
③低速穿線時(shí)，需要前聯(lián)動(dòng)、正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)和后聯(lián)動(dòng)。

前聯(lián)動(dòng)：我們以放線工字輪為最前，假如我們?cè)?#塔輪處腳踏前聯(lián)動(dòng)開關(guān)，應(yīng)該是1#~4#機(jī)聯(lián)動(dòng)，即PLC使1#~4#變頻器同時(shí)走點(diǎn)動(dòng)頻率，以此類推。
正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)：當(dāng)某臺(tái)塔輪上線材松動(dòng)時(shí)，需要單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)該臺(tái)，其他塔輪不動(dòng)作。
反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)：極少用到可以不設(shè)計(jì)。
后聯(lián)動(dòng)：仍以放線工字輪為參照——最前，假如我們?cè)?#塔輪處腳踏后聯(lián)動(dòng)開關(guān)，應(yīng)該是4#~11#機(jī)聯(lián)動(dòng)。

3、 變頻器

如圖1所示，機(jī)臺(tái)上有11個(gè)塔輪，其中1#~10#采用正弦SINE309拉絲機(jī)張力控制專用變頻器，分別對(duì)應(yīng)位移傳感器。位移傳感器反饋給變頻器4~20mA的電流信號(hào)，變頻器以此保證線材的恒張力。11#采用正弦SINE311拉絲機(jī)拉絲專用變頻器，沒有張力機(jī)構(gòu)。12#同樣采用正弦SINE309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，而且還要保持線材恒張力，以免張力過大斷線或太松亂線。

在前面提到，我們拉拔的是藥芯焊絲，其材質(zhì)較實(shí)心鋼絲柔軟很多。06年我們給客戶安裝的6套八聯(lián)和3套七聯(lián)直進(jìn)式拉絲機(jī)，加工的都是高碳鋼絲或不銹鋼絲，材質(zhì)堅(jiān)硬，即使在調(diào)試過程中汽缸擺臂有較大晃動(dòng)，也可能不會(huì)斷線。藥芯焊絲的硬度大約只有高碳鋼或不銹鋼絲的一半，在生產(chǎn)過程中就要求張力控制得很好，即汽缸擺臂幾乎不晃動(dòng)，才能保證生產(chǎn)的高效。也就是要求變頻器有很好的張力控制能力。

三、正弦變頻器特點(diǎn)

● 正弦變頻器采用磁場(chǎng)定向電流閉環(huán)矢量控制，電機(jī)變量完全解耦。
● 采用美國(guó)TI公司最新款高性能32bit電機(jī)控制專用DSP，高速、準(zhǔn)確完成復(fù)雜的控制算法，國(guó)內(nèi)首家產(chǎn)品化應(yīng)用。
● 調(diào)速精度：0.01Hz
● 調(diào)速范圍：0.01~600.00Hz
● 沖擊負(fù)載：180%電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，2秒內(nèi)不跳脫。
● 低頻轉(zhuǎn)矩：0.00 Hz，150%額定轉(zhuǎn)矩輸出。180%額定轉(zhuǎn)矩加速和減速。

SINE309系列拉絲機(jī)張力控制專用變頻器

1、型拉絲機(jī)收卷專用變頻器, 不用設(shè)定變頻器參數(shù)，出廠值即最佳參數(shù)，只需要按說明書正確接線，就可以開機(jī)正常工作；
2、所有動(dòng)態(tài)參數(shù)：卷徑、傳動(dòng)比、線徑，空盤、半盤、滿盤，低速、中速、高速，張力、斷線全部由變頻器內(nèi)部自動(dòng)處理；
3、不需要PID板，只需要外接操作開關(guān)、少量中間繼電器、指示燈和顯示儀表；
4、系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔、成本更低、維護(hù)更方便，同時(shí)，控制效果更佳，設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定；
5、張力平衡桿或位移傳感器在下限位、中間位或上限位，都可開機(jī)運(yùn)行。自動(dòng)跟蹤拉絲線速度，張力平衡桿或位移傳感器基本維持在中點(diǎn)位置；