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直进式拉丝机控制方案

   日期:2013-11-25     来源:互联网    

在金属线材加工设备中,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 INVT-CHV130系列变频器进行直进式拉丝机的控制,节能显著,同时,在5%的额定转速时能超过1.5倍的额定转矩,能很好完成穿丝及相关丝线调整工艺。

直进式拉丝机,可对高、中、低碳钢丝、不锈钢丝、铜丝、合金铜丝、铝合金丝等,进行伸线加工,该设备是由多台拉伸转鼓同时对金属丝进行连续伸线,作业效率高。由于不锈钢金属丝特性比较脆,且不允许钢丝在模道内打滑,特别容易在伸线过程中被拉断,因此在伸线的过程中,严格要求金属丝在各级转鼓中线速度同步,这样,对各级电机的同步控制、线速度稳态精度以及电机的动态响应都有极高的要求。

直进式拉丝机机械示意图

 


上述系统中有8台电机。系统的电气配置为活套电机一台,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要求。拉丝部分共有六个转鼓,每个转鼓之间安装有线斧,线斧的主要作用为研磨处理及动平衡校正,同时设置有强制水冷却装置,水冷却为循环系统,另外,在每个转鼓的前端还装置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型支架,整个过程卷径基本不变化,因此不需要用到卷径计算功能。八台电机均采用变频专用电机,同时通常带有机械制动装置。另外说明,在卷取部分,控制的方式比较多,通常采用力矩电机进行收线控制,也有采用变频控制交流异步电机进行收卷的恒张力控制,在此说明的收线方式仅供参考,具体的设计要求要以实际的要求为准。

依据直进式伸线机工作原理及机械特性,INVT推荐的电气控制示意图如下:

直进式拉丝机电气控制示意图:

 


上述示意图为INVT推荐的直进式拉丝机电气控制图。直进式伸线机的同步控制由变频器内部完成,活套变频器及收线锥型架由PLC直接控制其频率和起停,伸线电机的主速度由PLC给定,摆臂信号作为PID的反馈,形成微调,同时PLC进行控制系统的启动、停止、点动穿线、定长控制等逻辑操作,触摸屏进行参数设置,运行速度、长度等参数的显示。

 


直进式拉丝机电气系统的逻辑控制较为复杂,因工艺不同也有区别,各级联动,由PLC控制。同步方面的控制则由变频器内部控制。其工作原理为:根据操作员在 HMI设定决定作业的速度,该速度的信号进入PLC,PLC考虑加减速度的时间后,按照一定的斜率输出该模拟信号或者通讯指令给各传动变频器,作为频率的主给定信号,这样做的目的是满足点动穿丝等作业的需要,各摆臂位置传感器的信号接入到对应的模道变频器,作为PID控制的反馈信号,根据摆臂在中间位置,设定PID给定值。这个系统是非常典型的前反馈PID控制系统,一级连一级,PID作为微调量与主给定相叠加,共同控制转鼓的速度,从而实现转鼓与转鼓之间保持一个相对比较稳定的转速,以达到对转鼓切线线速度始终保持恒定的控制要求。

本机械系统的稳定性在很大程度上取决于PID作用速度、变频器控制电机的转速精度、电机输出转矩的响应速度等,针对INVT-CHV130系列变频器的PID功能,增加了外围PID限幅的模糊控制,能很好的解决启动与停车过程中的同步控制,保障直进式拉丝机的平稳远行。为了提高电机运行速度的稳态精度,在有的情况下也采用有PG矢量控制技术(INVT- CHV130系列变频器的有PG矢量控制的稳态精度可达1/1000,频率指令从信号采集到生成最低可控制在4ms左右,从频率指令下达到最终转矩输出可控制在20ms以下,因此,被控系统从状态发生改变到电机转速的适应可控制在25ms以下)来调节拉伸电机的速度,以适应高速伸线的要求。

 
  
  
  
  
 
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