变频控制在直进式拉丝机中的应用

时间：2015-12-20 22:08:26 所属分类：智能科学技术 浏览量:

【关键词】直进式拉丝机,同步控制,变频控制 【论文摘要】在直进式拉丝机控制中采用变频调速具有配置简练、逻辑清晰、成本下降的特点。同时本文还详细介绍了汇川MD320变频器在拉丝机上的应用。 Abstract:ThesystemwiththeACinverter'scontrolforthemetaldrawi

【关键词】直进式拉丝机,同步控制,变频控制

【论文摘要】在直进式拉丝机控制中采用变频调速具有配置简练、逻辑清晰、成本下降的特点。同时本文还详细介绍了汇川MD320变频器在拉丝机上的应用。

Abstract:ThesystemwiththeACinverter'scontrolforthemetaldrawingequipmenthastheadvantageofsimpleconfiguration,clearlogicandcheapcost.AndhereweintroduceMD320'sapplicationindetails.Keywords:MetaldrawingequipmentSynchroniccontrolInvertercontrol

1引言

金属制品是冶金工业中的重要一环，但在我国该行业却是一个薄弱环节，机械、电气设备陈旧，阻碍了该行业的发展。在金属加工中，直进式拉丝机是常见的一种，在以前通常都采用直流发电机－电动机组(F-D系统)来实现，现在随着工艺技术的进步和变频器的大量普及，变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用，并可通过PLC来实现拉拔品种设定、操作自动化、生产过程控制、实时闭环控制、自动计米等功能。
采用变频调速系统的直进式拉丝机技术先进、节能显著，调速范围在正常工作时为30:1，同时在5%的额定转速时能提供超过1.5倍的额定转矩。
本文以某厂生产不锈钢丝的直进式拉丝机变频改造为例，来说明变频控制的应用过程及效果。

2直进式拉丝机变频控制系统

该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸，设计的工艺要求为:
（1) 最高拉丝速度600m/min
（2) 加工品种主要三种，分别是进线2.8mm→出线1.2mm、进线2.5mm→出线1.0mm、进线2.0mm→出线0.8mm
（3) 紧急停车断头不多于2个。

直进式拉丝机是拉丝机中最难控制的一种，由于它是多台电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。不象以前经常遇到的水箱拉丝机和活套式拉丝机，允许金属丝在各道模具之间打滑。同时它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要求。由于不锈钢材料的特性比较脆，缺少像高碳钢丝或者钢帘线那样的韧性，比较容易在作业过程中拉断。

图1 直进式拉丝机控制示意图

本系统共有8台11kW变频器。系统的电气配置，如图1所示，计有活套一台，安装在第一级，作用是将成卷的不锈钢丝牵引到拉丝部分，由于活套可以自由打滑，因此这台电机不需要特别的控制。拉丝部分共有六个直径400mm的转鼓。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂，采用位移传感器可以检测出摆臂的位置，当丝拉得紧的时候，丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂下移。最终是收卷电机，该部分采用自行滑动的锥形支架，整个过程卷径基本不变化，因此不需要用到卷径计算功能。八台电机采用变频专用电机，同时带有机械制动装置。

直进式拉丝机的系统逻辑控制较为复杂，有各种联动关系，由PLC实现。同步方面的控制则全部在汇川MD320变频器内部实现，不依赖外部控制。

其工作原理是:根据操作工在面板设定决定作业的速度，该速度的模拟信号进入PLC，PLC考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的AI2(AI1也可以)输入端，作为速度的主给定信号。各摆臂位移传感器的信号接入到对应的转鼓驱动变频器作为PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置，自己设定一个PID的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的PID控制系统，一级串一级，PID的输出作为微调量。

之所以选择汇川MD320变频器，就在于它能轻松实现主速度跟随PID微调的功能，而无须额外的控制板。在本系统中参数设置如下:
F0-03=2:主频率源X为AI2
F0-04=8:辅助频率源Y为PID
F0-07=1:频率源选择为主频率源X+辅助频率源Y
FA-00=0:PID给定源为数字键盘给定
FA-01=4:PID的设定值(该值的基准值为系统的反馈量)
FA-02=0:PID的反馈值AI1
FA-03=0:PID的作用方向(当反馈信号大于PID的给定时，要求变频器频率输出下降，才能达到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的采样周期
FA-09=0:PID的偏差极限
由于系统的稳定在很大程度上取决于PID作用，因此对其参数的整定必须考虑周全，在低速、高速、升速和降速等情况都须予以考虑。另外在本系统中必须加入微分限幅。
图2所示为PID控制原理。

图2过程PID控制原理

3结束语

本系统在优化参数值之后，设备试机时速度600m/min非常稳定，完全解决了原来采用同步板控制在高速度下不稳的问题(原来只能开到300m/min)。通过各种工况下的对比测试，本系统和采用进口直流驱动器的拉丝机性能一样，同时其设备效率为90~95%、节电率为40%左右。而且本系统电气器件配置简练、逻辑清晰，成本与原来相比还有较大的降低，是性价比优良的方案。

参考文献
[1] MD系列模块化变频器MD320用户手册[Z]. 深圳: 深圳市汇川技术有限公司, 2004年.
[2] 杜金城. 电气变频调速设计技术[M]. 北京:中国电力出版社, 2001年.

作者简介
姜 勇工程师一直从事变频矢量控制的研究和市场推广工作，现就职于深圳市汇川技术有限公司。

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