——SINE309矢量型張力控制專用變頻器

引言

拉絲機是金屬線材生產的重要設備，主要是將金屬線材拉拔成各種規格的細絲。從產品規格上可分為：大拉機、中拉機、小拉機以及細微拉。從機械結構上可分為：滑輪式、活套式、水箱式和直進式。在電線電纜行業，雙變頻細微拉應用十分廣泛。相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產企業，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩定度高，因此使用直進式拉絲機較多。特別是焊材生產企業，氣體保護焊絲、埋弧焊絲、鋁焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲、高強度焊絲以及最先進的藥芯焊絲，其對拉絲機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品的質量和產量。
深圳正弦電氣作為一家專業的變頻器制造商，所生產的拉絲機專用變頻器，以其卓越的性能贏得了電線電纜企業和焊絲生產企業的認可和好評。

一、拉絲機工作原理

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，可以一次性地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，即使以下公式成立：

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，以上的說明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（如圖1所示），動態測量各個拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉換成標準信號(0/4~20mA或0~10V)，用這個標準信號反饋給調速變頻器，變頻器用這個信號作閉環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，也就保證了直進式拉絲機工作在同步恒張力的工作狀態。

二、系統介紹

該套設備的作用是對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，經過拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再經過二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我們調試的時候模具的配比如表1。
表1 模具配比

根據客戶要求，我們設計了11聯直進式拉絲機，該系統采用深圳正弦電氣新一代產品——完全電流矢量張力控制專用變頻器SINE309和拉絲機拉絲專用變頻器SINE311，系統配置如下圖1所示，人機界面+PLC+正弦變頻器。

圖1、直進式拉絲機系統示意圖
1、 人機界面：

良好的人機接口，使操作簡潔方便，各種參數一目了然。
我們在界面上設計了多種功能功能——系統啟動、停車、跳卷、線速度設定、收卷點動、斷線保護有效、防護罩有效等，方便操作人員對設備進行操作和監控。

2、 PLC：

PLC在整個系統中起著重要的作用——①得到人機的啟動信號后，PLC輸出使變頻器RUN與COM端子閉合，變頻器運行。②根據觸摸屏上設定的線速度，PLC的D/A模塊輸出0~10V的主速度信號，并按照30秒的加減速線性變化，如下圖2所示：

圖2 PLC模擬量信號線性變化關系
③低速穿線時，需要前聯動、正轉點動、反轉點動和后聯動。

前聯動：我們以放線工字輪為最前，假如我們在4#塔輪處腳踏前聯動開關，應該是1#~4#機聯動，即PLC使1#~4#變頻器同時走點動頻率，以此類推。
正轉點動：當某臺塔輪上線材松動時，需要單獨點動該臺，其他塔輪不動作。
反轉點動：極少用到可以不設計。
后聯動：仍以放線工字輪為參照——最前，假如我們在4#塔輪處腳踏后聯動開關，應該是4#~11#機聯動。

3、 變頻器

如圖1所示，機臺上有11個塔輪，其中1#~10#采用正弦SINE309拉絲機張力控制專用變頻器，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#采用正弦SINE311拉絲機拉絲專用變頻器，沒有張力機構。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，其材質較實心鋼絲柔軟很多。06年我們給客戶安裝的6套八聯和3套七聯直進式拉絲機，加工的都是高碳鋼絲或不銹鋼絲，材質堅硬，即使在調試過程中汽缸擺臂有較大晃動，也可能不會斷線。藥芯焊絲的硬度大約只有高碳鋼或不銹鋼絲的一半，在生產過程中就要求張力控制得很好，即汽缸擺臂幾乎不晃動，才能保證生產的高效。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

● 正弦變頻器采用磁場定向電流閉環矢量控制，電機變量完全解耦。
● 采用美國TI公司最新款高性能32bit電機控制專用DSP，高速、準確完成復雜的控制算法，國內首家產品化應用。
● 調速精度：0.01Hz
● 調速范圍：0.01~600.00Hz
● 沖擊負載：180%電機額定轉速，2秒內不跳脫。
● 低頻轉矩：0.00 Hz，150%額定轉矩輸出。180%額定轉矩加速和減速。

SINE309系列拉絲機張力控制專用變頻器

1、型拉絲機收卷專用變頻器, 不用設定變頻器參數，出廠值即最佳參數，只需要按說明書正確接線，就可以開機正常工作；
2、所有動態參數：卷徑、傳動比、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部自動處理；
3、不需要PID板，只需要外接操作開關、少量中間繼電器、指示燈和顯示儀表；
4、系統更簡潔、成本更低、維護更方便，同時，控制效果更佳，設備運行更穩定；
5、張力平衡桿或位移傳感器在下限位、中間位或上限位，都可開機運行。自動跟蹤拉絲線速度，張力平衡桿或位移傳感器基本維持在中點位置；