匯川變頻控制在直進(jìn)式拉絲機(jī)中的應(yīng)用

　　1 前言
　　 金屬制品是冶金工業(yè)中的重要一環(huán)，但在我國該行業(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。在金屬加工中，直進(jìn)式拉絲機(jī)是常見的一種，在以前通常都采用直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)組（F-D系統(tǒng)）來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步和變頻器的大量普及，變頻控制開始在直進(jìn)式拉絲機(jī)中大量使用，并可通過PLC來實(shí)現(xiàn)拉拔品種設(shè)定、操作自動(dòng)化、生產(chǎn)過程控制、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、自動(dòng)計(jì)米等功能。
　　 采用變頻調(diào)速系統(tǒng)的直進(jìn)式拉絲機(jī)技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能顯著，調(diào)速范圍在正常工作時(shí)為30:1，同時(shí)在5%的額定轉(zhuǎn)速時(shí)能提供超過1.5倍的額定轉(zhuǎn)矩。
　　 本文以某廠生產(chǎn)不銹鋼絲的直進(jìn)式拉絲機(jī)變頻改造為例，來說明變頻控制的應(yīng)用過程及效果。
　　
　　2 直進(jìn)式拉絲機(jī)變頻控制系統(tǒng)
　　 該直進(jìn)式拉絲機(jī)主要對精軋出來的不銹鋼絲進(jìn)行牽伸，設(shè)計(jì)的工藝要求為：（1）最高拉絲速度600m/min；（2）加工品種主要三種，分別是進(jìn)線2.8mm→出線1.2mm、2.5mm→1.0mm、2.0mm→0.8mm；（3）緊急停車斷頭不多于2個(gè)。
　　 直進(jìn)式拉絲機(jī)是拉絲機(jī)中最難控制的一種，由于它是多臺電機(jī)同時(shí)對金屬絲進(jìn)行拉伸，作業(yè)的效率很高。不象以前經(jīng)常遇到的水箱拉絲機(jī)和活套式拉絲機(jī)，允許金屬絲在各道模具之間打滑。同時(shí)它對電機(jī)的同步性以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性都有較高的要求。由于不銹鋼材料特性比較脆，缺少像高碳鋼絲或者鋼簾線那樣的韌性，比較容易在作業(yè)過程中拉斷。
　　 本系統(tǒng)共有8臺11KW變頻器。系統(tǒng)的電氣配置為活套一臺，安裝在第一級，作用是將成卷的不銹鋼絲牽引到拉絲部分，由于活套可以自由打滑，因此這臺電機(jī)不需要特別的控制。拉絲部分共有六個(gè)直徑400mm的轉(zhuǎn)鼓。每個(gè)轉(zhuǎn)鼓之間安裝有用于檢測位置的氣缸擺臂，采用位移傳感器可以檢測出擺臂的位置，當(dāng)絲拉得緊的時(shí)候，絲會在擺臂的氣缸上面產(chǎn)生壓力使得擺臂下移。最終是收卷電機(jī)，該部分采用自行滑動(dòng)的錐形支架，整個(gè)過程卷徑基本不變化，因此不需要用到卷徑計(jì)算功能。八臺電機(jī)功率采用變頻專用電機(jī)，同時(shí)帶有機(jī)械制動(dòng)裝置。
　　

　　 圖一 直進(jìn)式拉絲機(jī)控制示意
　　 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匯川MD320變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，不依賴外部控制。
　　 其工作原理是：根據(jù)操作工在面板設(shè)定決定作業(yè)的速度，該速度的模擬信號進(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。這樣做的目的主要是滿足點(diǎn)動(dòng)、穿絲等一些作業(yè)的需要。PLC輸出的模擬電壓信號同時(shí)接到所有變頻器的AI2（AI1也可以）輸入端，作為速度的主給定信號。各擺臂位移傳感器的信號接入到對應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)變頻器作為PID控制的反饋信號。根據(jù)擺臂在中間的位置，自己設(shè)定一個(gè)PID的給定值。這個(gè)系統(tǒng)是非常典型的帶前饋的PID控制系統(tǒng)，一級串一級，PID作為微調(diào)量。
　　 之所以選擇匯川MD320變頻器，就在于它能輕松實(shí)現(xiàn)主速度跟隨加PID微調(diào)的功能，而無須額外的控制板。在本系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)置如下：
　　F0-03=2：主頻率源X為AI2
　　F0-04=8：輔助頻率源Y為PID
　　F0-07=1：頻率源選擇為主頻率源X+輔助頻率源Y
　　FA-00=0：PID給定源為數(shù)字鍵盤給定
　　FA-01=4：PID的設(shè)定值（該值的基準(zhǔn)值為系統(tǒng)的反饋量）
　　FA-02=0：PID的反饋值A(chǔ)I1
　　FA-03=0：PID的作用方向（當(dāng)反饋信號大于PID的給定時(shí)，要求變頻器頻率輸出下降，才能達(dá)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的采樣周期
　　FA-09=0：PID的偏差極限
　　 由于系統(tǒng)的穩(wěn)定在很大程度上取決于PID作用，因此對其參數(shù)的整定必須考慮周全，在低速、高速、升速和降速等情況都予以考慮。另外在本系統(tǒng)中必須加入微分限幅。
3 結(jié)束語
　　 本系統(tǒng)在優(yōu)化參數(shù)值之后，設(shè)備試機(jī)時(shí)速度600米/min非常穩(wěn)定，完全解決了原來采用同步板高速度下面不穩(wěn)的問題（原來只能開到300米/min）。通過各種工況下的對比測試，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)備效率為90-95%、節(jié)電率為40%左右。而且本系統(tǒng)電氣器件配置簡練、邏輯清晰，成本與原來相比還有較大的降低，的確是個(gè)性價(jià)比優(yōu)良的方案。
參考文獻(xiàn)
　　1、《MD系列模塊化變頻器MD320用戶手冊》2004年深圳 深圳市匯川技術(shù)有限公司
　　2、《電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)》杜金城 2001年北京 中國電力出版社