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深圳市蓝海华腾技术股份有限公司
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双变频拉丝机控制系统方案

日期: 2015-03-20
作者:

一、系统介绍
双变频拉丝机可实现对铜线或者钢线逐级拉伸并将成品快速收卷,一般常用于0.1mm以上线材的加工。双变频拉丝机通常采用被动放线,原材料经过放线架进入拉伸箱内,经过多个模具后,线径被拉细至预先设定的粗细,然后经过排线工艺后再层绕到工字轮上。
主拉伸/牵引和收卷部分采用V5−E收放卷专用变频器;主机采用开环矢量速度控制并将主机当前运行速度通过AO模拟端子输出给收卷变频器的AI1模拟输入端子作为收卷部分的主速度给定;位置摆杆/浮辊反馈信号通过AI2模拟输入端子和内部设定的目标量进行PID调节,PID调节的结果作为收卷部分的辅助速度给定;通过主辅给定的叠加配合完成整个系统的恒张力控制。

双变频拉丝机控制系统方案

图 1


二、工艺介绍:
◆ 穿模。实现整机启动工作之前,必须通过手工将原材料前端打磨并逐级通过模具。一般通过脚踏开关实现电机点动低速转动,同时采用工具将丝线从模具的前端牵拉到后端,通过模具后的丝线为了能够通过下一级模具,先要将其前端打磨或拉细,后才可以通过下一级模具。在这个工艺环节里,要求电机在启动和低速运行时力矩大且稳定,运行转速稳定,而且在减速停机时电机没有反转。
◆ 拉伸。手工完成穿模以后就可以通过逐渐加大电机转速实现连续的拉伸过程了。注意双变频拉丝机的拉伸通常是由一台电机实现的,无论有几个模具来实现逐级拉伸。在实际运行过程中,电机的运行速度范围会比较大,甚至电机会在恒功率区工作。在这个工艺环节里,要求无论负载大小,电机速度波动小,低速或弱磁区工作时转矩输出大且稳定。
◆ 收卷。收卷部分是一台独立的电机驱动,和拉伸电机之间没有任何的机械连动关系。经过拉伸后的成品需要同步地缠绕在工字轮上,在整个工艺过程中,无论启动加速、停机减速,任何线速度下的恒速运行均要求收卷电机和拉伸电机的运行转速同步,否则就会出现丝线拉断或者缠绕乱线等异常。在这个工艺环节里,要求收卷电机调速响应快,速度控制精确。
◆ 排线。通常成品线材是层绕在工字轮上的,在工字轮的横轴上,线材应该一圈一圈平行紧密地从横轴的一段到另一段排列在一起,实现一层;再逐层地加厚最后实现一卷成品。这就要求有一个排线装置来完成线材在横轴上端到下端往复的排列成品线材。根据机械设计的要求,排线的实现有很多种方案,比如机械,变频,或伺服等。
◆ 急停。当设备运行过程中,若出现紧急情况,要求整个设备尽可能快地停下来。这时候拉伸和收卷电机处于快减速的状态,要求停机过程结束后丝线不会被拉断,这样才可以保证下次可以顺利启动。
三、蓝海华腾方案优点:
◆ 收卷部分的摆杆控制优良。摆杆反应了拉伸部分和收卷部分同步运行的一致性和保持线上张力大小的稳定性。一般当收卷速度快于拉伸速度摆杆会上翘,反之摆杆会下垂。由于蓝海华腾拉丝机专用变频器内置速度同步的专用算法,并发挥了变频器转矩响应快,稳速精度高的优点,保证了启动时无论摆杆当前位置,可一次到达平衡位置无振荡;运行时无论当前线速度和工字轮卷径大小,摆杆均稳定无振荡。
◆ 点动穿模时操作更顺畅。由于穿模时需要频繁点动,所以拉伸电机处于静止、加速、低速运行、减速、静止等状态下的反复切换;在拉伸线径较大的情况下,启动瞬间的电流可能非常大,此时蓝海华腾变频器低速下大力矩输出以及优良的电流限定能力可以使得走线平稳、不跳闸;在拉伸线径较小的情况下,启动不平稳或停机电机有倒转均会导致丝线断,此时蓝海华腾变频器根据实际应用经验设计的起停专用特性可保证手工穿模的成功率大大提高。
◆ 对该行业的特殊要求有丰富的经验。比如急停时要求拉伸和收卷要同步快速减速,此时收卷部分是一个大惯量负载的特性,一般要通过能耗制动的办法快速停车。蓝海华腾变频器可以在整个系列内置制动单元,还可以提供整个系列共直流母线的解决方案;再比如由于材料或机械的原因突然断丝,蓝海华腾变频器可以检测到断丝并自动停机,发出告警信号等待检修,排除故障后可继续运行,变频器的内部控制参数可保持稳定连续,不会受到以前断线的影响,从而保证前后控制特性的一贯良好性。(在该行业大量使用的国内某知名品牌的产品就存在上述问题)
◆ 灵活的表头显示。一般双变频拉丝机都配有两个表头,计米表和线速度表。由于蓝海华腾变频器支持操作面板外拉,所以用户在使用我司变频器时可以直接将拉伸和收卷变频器的操作面板作为计米表和线速度表固定在操作台的面板上,既方便又节约了成本。
◆ 主拉伸/牵引变频器采用真正的矢量控制技术,低频出力大,稳速精度高;
◆ 由于主伸/牵引变频器稳速精度高使得收卷变频器的调节更加容易,参数适应性强;
◆ 收卷变频器内置断料检测和告警停车,可以完全避免飞车;
◆  90kW以下变频器均可内置制动单元,有更强的快速刹车能力;
四、总体方案概述:
◆ 拉伸部分选型:V5−E−4T**−L0(操作面板不支持线速度表功能)
            V5−E−4T**−L1(操作面板支持线速度表功能)
◆ 收卷部分选型:V5−E−4T**−S0(操作面板不支持计米表功能)
             V5−E−4T**−S1(操作面板支持计米表功能)
◆ 拉伸部分采用开环矢量控制,端子提供点动和运行功能,模拟给定AI1作为线速度给定,AO1输出拉伸部分当前的运行频率作为收卷变频器的线速度同步指令;
◆ 收卷部分采用复合控制,就是将拉伸部分送入的线速度同步指令的模拟量给定AI1作为主给定,摆杆当前位置的模拟量反馈AI2和平衡位置做PID调整后的输出作为辅助给定,实现对拉伸部分的同步运行。


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