艾默生TD3300張力變頻器在拉絲行業(yè)的應(yīng)用.
1 引言
目前國產(chǎn)的拉絲設(shè)備有大拉絲機(jī)、中拉絲機(jī)、細(xì)拉絲機(jī)三類。每一類拉絲機(jī)中根據(jù)線徑的不同又分為不同型號。大拉絲機(jī)和中拉絲機(jī)目前采用較多的依然是直流調(diào)速。但近年來，隨著交流調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是高性能矢量控制變頻器的出現(xiàn)，交流調(diào)速性能已經(jīng)接近直流調(diào)速的性能，同時，由于交流調(diào)速的方便和實(shí)用，大拉絲機(jī)和中拉絲機(jī)目前已經(jīng)出現(xiàn)變頻化的趨勢。國產(chǎn)的細(xì)拉絲機(jī)主要是拷貝臺灣版本的細(xì)拉絲機(jī)，最初采用的是單變頻方式，也是目前生產(chǎn)量最大的細(xì)拉絲機(jī)。由于單變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)的滑差量太大，影響后道工序——銅線漆包的質(zhì)量。對銅線要求比較高的場合，這種控制方式往往達(dá)不到用戶要求。于是雙變頻控制的、性能優(yōu)良的細(xì)拉絲機(jī)逐步占領(lǐng)市場。目前雙變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)，主要是采用張力控制板+主驅(qū)動變頻器+收卷變頻器。由于張力控制板只進(jìn)行張力擺桿的位置控制，在拉絲機(jī)的速度到2000m/min左右時，張力板的控制效果就不太理想，張力擺桿不停的在上下擺動。擺桿的上下波動，說明張力控制不穩(wěn)定，這樣，將不可避免地影響細(xì)銅線質(zhì)量，這也是目前眾多雙變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)普遍存在又難以解決的問題。
2 艾默生td3300張力控制專用變頻器功能簡介
艾默生td3300系列變頻器是在其高性能變頻器td3000系列的基礎(chǔ)上，針對張力控制行業(yè)推出的一種專用變頻器。艾默生td3300系列變頻器整合了絕大多數(shù)張力控制器的功能特點(diǎn)，能夠取代目前的大部分張力控制器，節(jié)省用戶投資;其完善的功能，精確的控制，高可靠性，能夠滿足用戶各種要求;同時艾默生變頻器優(yōu)秀的電網(wǎng)適應(yīng)性和良好的售后服務(wù)，解決了用戶的后顧之憂。艾默生td3300張力專用變頻器具備如下專用功能:
（1）具備td3000矢量變頻器的所有高性能;
（2）可實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制和張力開環(huán)控制，滿足各種卷取控制要求;
（3）滿足不同場合下的多種卷徑計算功能;
（4）多種線速度測量方式，方便用戶選用;
（5）可以實(shí)現(xiàn)張力錐度的多種方式控制，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量;
（6）具有拉絲機(jī)卷繞控制的特殊解決方案。
3 張力變頻器td3300在蓉勝公司的應(yīng)用
廣東蓉勝超微線材股份有限公司是目前亞洲最大的超微線生產(chǎn)基地。目前該廠有單變頻細(xì)拉絲機(jī)、雙變頻細(xì)拉絲機(jī)300多臺，由于中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，目前的產(chǎn)能已經(jīng)明顯不能滿足市場的需求。為了進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能，廣東蓉勝超微線材股份有限公司決定自主生產(chǎn)300臺不同型號的雙變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)。由于艾默生公司td3300張力專用變頻器基本具備數(shù)種張力解決方案，廣東蓉勝公司決定采用艾默生公司的td3300系列變頻器作為細(xì)拉絲機(jī)的收卷驅(qū)動部分，由于主驅(qū)動部分對變頻器沒有特殊要求，選用艾默生公司td1000與td2000系列通用變頻器作為系統(tǒng)的主驅(qū)動部分。另外，td3300由于具備兩組pid參數(shù)可以設(shè)定，使兩組pid參數(shù)按照一定的函數(shù)關(guān)系隨著卷徑變化改變參數(shù)，完全克服了大卷徑響應(yīng)慢，小卷徑振蕩的問題。這是因為在大卷徑時，慣量會大大增加，需要更快的響應(yīng)速度，而小卷徑的時候，參數(shù)過大則容易出現(xiàn)振蕩。同時，td3300系列變頻器具備斷線（帶）自動檢測功能，用戶完全可以不用安裝斷線開關(guān)（或接近開關(guān)），縮短了生產(chǎn)周期，同時節(jié)約了成本。廣東蓉勝公司通過對深圳市興合實(shí)業(yè)有限公司以往在拉絲行業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)進(jìn)一步考察，決定:控制系統(tǒng)由艾默生能源系統(tǒng)有限公司變頻器代理商——深圳市興合實(shí)業(yè)有限公司與廣東蓉勝公司共同開發(fā)（增加蓉勝公司特有功能），機(jī)架由廣東蓉勝公司生產(chǎn)。24模細(xì)拉絲機(jī)工作簡圖如圖1所示。
圖1 24模細(xì)拉絲機(jī)工作簡圖
4 雙變頻控制細(xì)拉絲機(jī)控制原理
4.1 主電路圖和接線圖
雙變頻控制細(xì)拉絲機(jī)的主電路圖、主驅(qū)動變頻器與收卷變頻器接線圖和plc接線圖如圖2、圖3和圖4所示。
圖2 拉絲機(jī)工作主電路
圖3 主驅(qū)動變頻器與收卷變頻器接線圖
圖4 plc接線圖
4.2 控制方案:
4.2.1 張力閉環(huán)控制的速度模式
υ=υ1×（d0/d）+δυ
由帶（線）材的線速度和卷筒的卷徑實(shí)時計算出同步速度υ1×（d0/d），然后通過張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設(shè)定值構(gòu)成pid閉環(huán)，調(diào)整變頻器的頻率指令。
式中:υ為卷曲給定速度;υ1為主機(jī)實(shí)際輸出的線速度，利用主驅(qū)動變頻器的模擬輸出按空卷時對應(yīng)的比例取得;d0為空筒卷徑;d為實(shí)際卷徑;δυ為過程pid的輸出量，由變頻器內(nèi)置pid實(shí)現(xiàn)，反饋信號為張力擺桿（電位器）的輸出。
4.2.2 系統(tǒng)控制要求
主驅(qū)動用艾默生td1000系列通用變頻器，采用模擬電壓給定速度的方式，加減速度時間設(shè)定均為50～70s，加減速度方式為s曲線加減速度。卷繞部分采用td3300系列張力專用變頻器驅(qū)動，要求銅線上張力恒定，張力擺桿保持在恒定位置，不能有明顯的波動。
4.2.3 控制難點(diǎn)
（1） 末級銅線極細(xì)（0.02～0.05mm;0.05～0.1mm），極易拉斷，卷滿銅線的卷筒很重，轉(zhuǎn)動慣量很大。廣東蓉勝公司的卷筒比目前市場上普遍采用的卷筒直徑還要大，滿卷時，卷筒慣量明顯高于其他公司的產(chǎn)品。所以對系統(tǒng)的快速響應(yīng)要求非常高。既要快速跟蹤主驅(qū)動的速度變化，又要調(diào)節(jié)線上張力恒定，還不能有明顯的抖動。
（2） 要求啟動時要緩緩平穩(wěn)啟動;正常停機(jī)時，同步要保持一致，而且不能斷線。
（3） 主驅(qū)動部分與收卷部分的滑差控制在0.1%以內(nèi)。
5 系統(tǒng)調(diào)試注意事項
（1） 線速度的同步。
細(xì)拉絲機(jī)的工作速度非常快（2000m/m），僅僅依靠pid調(diào)節(jié)來控制，作用非常有限。采用艾默生td3300變頻器的張力閉環(huán)速度模式，這種控制方式要求主拉引電機(jī)的線速度與收卷電機(jī)在空卷時刻（此時轉(zhuǎn)速最高）基本保持一致。這樣可以大大減少pid的調(diào)節(jié)量，對系統(tǒng)的高速穩(wěn)定非常有利。
（2） 張力擺桿的問題。
對于拉絲機(jī)的使用廠家來說，對配重的理解僅僅認(rèn)為配重可以改變收線的松緊程度，對控制的影響認(rèn)識不足。但是，當(dāng)張力擺桿上配重比較輕時，開機(jī)的時候因為擺桿在下限位置，此時主給定與pid共同作用使卷繞電機(jī)加速，銅絲張緊，擺桿上移比較快，移動到平衡位置以上時，pid 運(yùn)算的結(jié)果使得卷繞電機(jī)減速，擺桿又下墜。這樣在啟動過程中，擺桿將不易平衡。合適的配重對系統(tǒng)的正常運(yùn)行是極其重要的。而且生產(chǎn)不同的產(chǎn)品時，要移動配重到合適的位置，以保證合適的張力。
（3） 收卷變頻器的加減速。
td3300變頻器的加減速度時間設(shè)置較小為好，最好不要大于3s，而且要配置剎車電阻。如果卷筒變化率比較小的話（滿卷與空卷比小于1.2），也可以不加剎車電阻，但要適當(dāng)延長加減速時間。
（3） 關(guān)于pidtd3300內(nèi)置兩套pid參數(shù)，兩組pid參數(shù)按照一定的函數(shù)隨著卷徑變化改變數(shù)，可以克服大卷徑響應(yīng)慢，小卷徑振蕩的問題。
6 結(jié)束語
通過我司首期100余套的生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到了非常好的效果:
（1） 啟動非常平穩(wěn),完全擺脫了啟動時需要人工扶擺桿的現(xiàn)象;
（2） 0.02～0.05mm銅線的線速度可以達(dá)到1200～1500m/min，0.05～0.1mm銅線的線速度可以達(dá)到2500 m/min（主要受機(jī)械傳動的影響，否則速度還可以進(jìn)一步提高）;
（3） 張力擺桿非常平穩(wěn)，幾乎達(dá)到紋絲不動的狀態(tài);
（4） 拉絲過程中，滑差可以控制在0.1%以內(nèi);
（5） 在生產(chǎn)過程中，可以任意直接停機(jī)、啟動而不斷線，適用于生產(chǎn)過程的不同要求;
（6） 自動檢測斷線，縮短生產(chǎn)周期和制造成本。
從運(yùn)行情況來看，總體效果非常理想，在拉絲行業(yè)或類似的張力控制行業(yè)，td3300具有很好的推廣價值。
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