艾默生TD3300張力變頻器在拉絲行業的應用.
1 引言
目前國產的拉絲設備有大拉絲機、中拉絲機、細拉絲機三類。每一類拉絲機中根據線徑的不同又分為不同型號。大拉絲機和中拉絲機目前采用較多的依然是直流調速。但近年來，隨著交流調速技術的飛速發展，尤其是高性能矢量控制變頻器的出現，交流調速性能已經接近直流調速的性能，同時，由于交流調速的方便和實用，大拉絲機和中拉絲機目前已經出現變頻化的趨勢。國產的細拉絲機主要是拷貝臺灣版本的細拉絲機，最初采用的是單變頻方式，也是目前生產量最大的細拉絲機。由于單變頻控制的細拉絲機的滑差量太大，影響后道工序——銅線漆包的質量。對銅線要求比較高的場合，這種控制方式往往達不到用戶要求。于是雙變頻控制的、性能優良的細拉絲機逐步占領市場。目前雙變頻控制的細拉絲機，主要是采用張力控制板+主驅動變頻器+收卷變頻器。由于張力控制板只進行張力擺桿的位置控制，在拉絲機的速度到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，說明張力控制不穩定，這樣，將不可避免地影響細銅線質量，這也是目前眾多雙變頻控制的細拉絲機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系列的基礎上，針對張力控制行業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張力控制器的功能特點，能夠取代目前的大部分張力控制器，節省用戶投資;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秀的電網適應性和良好的售后服務，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）可實現張力閉環控制和張力開環控制，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）可以實現張力錐度的多種方式控制，進一步提高產品質量;
（6）具有拉絲機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基地。目前該廠有單變頻細拉絲機、雙變頻細拉絲機300多臺，由于中國經濟的蓬勃發展，目前的產能已經明顯不能滿足市場的需求。為了進一步擴大產能，廣東蓉勝超微線材股份有限公司決定自主生產300臺不同型號的雙變頻控制的細拉絲機。由于艾默生公司td3300張力專用變頻器基本具備數種張力解決方案，廣東蓉勝公司決定采用艾默生公司的td3300系列變頻器作為細拉絲機的收卷驅動部分，由于主驅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的主驅動部分。另外，td3300由于具備兩組pid參數可以設定，使兩組pid參數按照一定的函數關系隨著卷徑變化改變參數，完全克服了大卷徑響應慢，小卷徑振蕩的問題。這是因為在大卷徑時，慣量會大大增加，需要更快的響應速度，而小卷徑的時候，參數過大則容易出現振蕩。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（或接近開關），縮短了生產周期，同時節約了成本。廣東蓉勝公司通過對深圳市興合實業有限公司以往在拉絲行業生產的控制系統進一步考察，決定:控制系統由艾默生能源系統有限公司變頻器代理商——深圳市興合實業有限公司與廣東蓉勝公司共同開發（增加蓉勝公司特有功能），機架由廣東蓉勝公司生產。24模細拉絲機工作簡圖如圖1所示。
圖1 24模細拉絲機工作簡圖
4 雙變頻控制細拉絲機控制原理
4.1 主電路圖和接線圖
雙變頻控制細拉絲機的主電路圖、主驅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 拉絲機工作主電路
圖3 主驅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定值構成pid閉環，調整變頻器的頻率指令。
式中:υ為卷曲給定速度;υ1為主機實際輸出的線速度，利用主驅動變頻器的模擬輸出按空卷時對應的比例取得;d0為空筒卷徑;d為實際卷徑;δυ為過程pid的輸出量，由變頻器內置pid實現，反饋信號為張力擺桿（電位器）的輸出。
4.2.2 系統控制要求
主驅動用艾默生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
（1） 末級銅線極細（0.02～0.05mm;0.05～0.1mm），極易拉斷，卷滿銅線的卷筒很重，轉動慣量很大。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品。所以對系統的快速響應要求非常高。既要快速跟蹤主驅動的速度變化，又要調節線上張力恒定，還不能有明顯的抖動。
（2） 要求啟動時要緩緩平穩啟動;正常停機時，同步要保持一致，而且不能斷線。
（3） 主驅動部分與收卷部分的滑差控制在0.1%以內。
5 系統調試注意事項
（1） 線速度的同步。
細拉絲機的工作速度非常快（2000m/m），僅僅依靠pid調節來控制，作用非常有限。采用艾默生td3300變頻器的張力閉環速度模式，這種控制方式要求主拉引電機的線速度與收卷電機在空卷時刻（此時轉速最高）基本保持一致。這樣可以大大減少pid的調節量，對系統的高速穩定非常有利。
（2） 張力擺桿的問題。
對于拉絲機的使用廠家來說，對配重的理解僅僅認為配重可以改變收線的松緊程度，對控制的影響認識不足。但是，當張力擺桿上配重比較輕時，開機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 運算的結果使得卷繞電機減速，擺桿又下墜。這樣在啟動過程中，擺桿將不易平衡。合適的配重對系統的正常運行是極其重要的。而且生產不同的產品時，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，但要適當延長加減速時間。
（3） 關于pidtd3300內置兩套pid參數，兩組pid參數按照一定的函數隨著卷徑變化改變數，可以克服大卷徑響應慢，小卷徑振蕩的問題。
6 結束語
通過我司首期100余套的生產運行，達到了非常好的效果:
（1） 啟動非常平穩,完全擺脫了啟動時需要人工扶擺桿的現象;
（2） 0.02～0.05mm銅線的線速度可以達到1200～1500m/min，0.05～0.1mm銅線的線速度可以達到2500 m/min（主要受機械傳動的影響，否則速度還可以進一步提高）;
（3） 張力擺桿非常平穩，幾乎達到紋絲不動的狀態;
（4） 拉絲過程中，滑差可以控制在0.1%以內;
（5） 在生產過程中，可以任意直接停機、啟動而不斷線，適用于生產過程的不同要求;
（6） 自動檢測斷線，縮短生產周期和制造成本。
從運行情況來看，總體效果非常理想，在拉絲行業或類似的張力控制行業，td3300具有很好的推廣價值。
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