摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了海浦蒙特HD50變頻器在直進(jìn)式拉絲機(jī)上的應(yīng)用。闡述了直進(jìn)式拉絲機(jī)的工作原理及其工作過(guò)程，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)介紹了直進(jìn)式拉絲機(jī)變頻控制系統(tǒng)的配置、簡(jiǎn)單調(diào)試過(guò)程及優(yōu)點(diǎn)。

1 引言

直進(jìn)式拉絲機(jī)是一種高速、高效、無(wú)彎曲、無(wú)扭轉(zhuǎn)、強(qiáng)冷卻、性?xún)r(jià)比非常卓越的無(wú)滑動(dòng)連續(xù)式拉絲機(jī)，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)早已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但在我國(guó)該行業(yè)卻是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，機(jī)械、電氣設(shè)備陳舊，阻礙了行業(yè)的發(fā)展。盡管直進(jìn)式拉絲機(jī)較滑輪式拉絲機(jī)在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等方面存在絕對(duì)的優(yōu)越性，但其昂貴的一次性投資，使許許多多國(guó)內(nèi)金屬制品企業(yè)望而卻步。現(xiàn)在隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步和變頻器的大量普及，變頻控制開(kāi)始在直進(jìn)式拉絲機(jī)中大量使用，并可通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)拉拔品種設(shè)定、操作自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程控制、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、自動(dòng)計(jì)米等功能。

2 海浦蒙特變頻器特點(diǎn)

海浦蒙特變頻器采用磁場(chǎng)定向電流閉環(huán)矢量控制方式，采用美國(guó)TI公司先進(jìn)的32bit電機(jī)控制專(zhuān)用DSP，主頻達(dá)到150M，能夠更高速更精確的完成復(fù)雜的矢量控制算法。

過(guò)載能力：150%額定輸出電流2分鐘；180%額定輸出電流10秒

驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型：交流異步電機(jī)、同步電機(jī)

控制方式：V/f控制；開(kāi)環(huán)矢量控制（SVC）；閉環(huán)矢量控制（VC）

運(yùn)行命令設(shè)定方式：操作面板設(shè)定；外部端子設(shè)定；通過(guò)SCI通訊口由上位機(jī)設(shè)定

速度設(shè)定方式：數(shù)字設(shè)定、模擬設(shè)定、SCI通訊設(shè)定 

速度設(shè)定分辨率：數(shù)字設(shè)定：0.01Hz 

模擬設(shè)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(zhuǎn)矩控制響應(yīng)：<200ms（svc）；<50ms（vc）< span="">

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：180%額定轉(zhuǎn)矩/0.5Hz（SVC）；180%額定轉(zhuǎn)矩/0Hz（VC）

轉(zhuǎn)矩控制精度：±5%

3 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(guò)逐級(jí)拉拔，可以一次性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(guò)每一級(jí)的拉拔后，鋼絲的線(xiàn)徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)拉拔頭工作線(xiàn)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(guò)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(jìn)線(xiàn)鋼絲的直徑；R：出線(xiàn)鋼絲的直徑；V1：進(jìn)線(xiàn)鋼絲的線(xiàn)速度；V2：出線(xiàn)鋼絲的線(xiàn)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。但是以上說(shuō)明僅是基于理想狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)工作過(guò)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(guò)程中，各個(gè)拉拔頭就無(wú)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，動(dòng)態(tài)測(cè)量各個(gè)拉拔頭間的鋼絲的張力，然后把張力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0/4－20mA或0－10V)，反饋給調(diào)速變頻器，變頻器接收到該信號(hào)后用作閉環(huán)PID過(guò)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，也就保證直進(jìn)式拉絲機(jī)工作在同步恒張力的工作狀態(tài)。

4 直進(jìn)式拉絲機(jī)變頻控制系統(tǒng)配置

直進(jìn)式拉絲機(jī)的系統(tǒng)邏輯控制較為復(fù)雜，有各種聯(lián)動(dòng)關(guān)系由PLC實(shí)現(xiàn)，同步方面的控制則全部在海浦蒙特HD50變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)配置如圖1所示：

機(jī)臺(tái)上有11個(gè)塔輪，其中1#－10#采用海浦蒙特HD50拉絲機(jī)專(zhuān)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(xiàn)材的恒張力。

11#采用海浦蒙特HD50拉絲機(jī)專(zhuān)用變頻器，沒(méi)有張力機(jī)構(gòu)。

12#同樣采用海浦蒙特HD50拉絲機(jī)專(zhuān)用變頻器控制收線(xiàn)輪，與1#－10#不同的是，收線(xiàn)工字輪的卷徑在不斷的變化，同時(shí)還要保持線(xiàn)材恒張力，以免張力過(guò)大斷線(xiàn)或太松亂線(xiàn)。

工作過(guò)程：根據(jù)在觸摸屏設(shè)定的作業(yè)速度，該速度信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC考慮加減速度的時(shí)間之后按照一定的斜率輸出該模擬信號(hào)。這樣主要是滿(mǎn)足點(diǎn)動(dòng)、穿絲等一些作業(yè)的需要。PLC輸出的模擬電壓信號(hào)同時(shí)接到所有變頻器的AI1輸入端，作為速度的主給定信號(hào)。各擺臂位移傳感器的信號(hào)接入到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)變頻器的AI2作為PID控制的反饋信號(hào)。根據(jù)擺臂在中間的位置設(shè)定一個(gè)PID的給定值。該系統(tǒng)是非常典型的帶前饋的PID控制系統(tǒng)，一級(jí)串一級(jí)，PID作為微調(diào)量。

圖1  直進(jìn)式拉絲機(jī)系統(tǒng)示意圖

拉絲參數(shù)設(shè)置：

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)在優(yōu)化參數(shù)值之后，設(shè)備試機(jī)時(shí)速度650米/min非常穩(wěn)定，完全解決了原來(lái)采用同步板高速度下面不穩(wěn)的問(wèn)題。通過(guò)各種工況下的對(duì)比測(cè)試，和采用進(jìn)口直流驅(qū)動(dòng)器的拉絲機(jī)性能一樣，同時(shí)設(shè)備效率以及節(jié)電率明顯提高。而且本系統(tǒng)電氣器件配置簡(jiǎn)練、邏輯清晰，成本與原來(lái)相比還有較大的降低，是個(gè)性?xún)r(jià)比非常高的方案。

已發(fā)表于《控制與傳動(dòng)》2014年第七期    海浦蒙特HD50在直進(jìn)式拉絲機(jī)上的應(yīng)用