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汇川变频器在直进式拉丝机中的应用


汇川变频器在直进式拉丝机中的应用
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。 关键词 直进式拉丝机 同步 变频控制 1 前言 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 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: 最高拉丝速度 600m/min; (1) (2)加工品种主要三种,分别是进线 2.8mm→出线 1.2mm、2.5mm→1.0mm、2.0mm→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。 本系统共有 8 台 11KW 变频器。系统的电气配置为活套一台,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。八台电机功率采用变频专用电机,同 时带有机械制动装置。

图一 直进式拉丝机控制示意 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 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加 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 和降速等情况都予以考虑。另外在本系统中必须加入微分限幅。 图二所示为 PID 控制原理:

图二 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 600 米/min 非常稳定,完全解决了原来采用同步板高速度下 面不稳的问题(原来只能开到 300 米/min)。通过各种工况下的对比测试,和采用进口直流驱动器的拉丝

机性能一样,同时设备效率为 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,的确是个性价比优良的方案。


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