三碁S5300/5350張力變頻器拉絲機(jī)應(yīng)用
一、概述
在 金屬制品生產(chǎn)及加工中，直進(jìn)式拉絲機(jī)是最常用的一種制造設(shè)備，在以前通常都采用電動機(jī)組及力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，但其控制的靈活性、自動化程度及能耗上，傳統(tǒng)的 控制方式越來越不適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。隨著控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)的大量推廣，變頻控制開始在直進(jìn)式拉絲機(jī)中大量使用，系統(tǒng)并可借助 PLC 來實(shí)現(xiàn)拉絲速 度、品種設(shè)定、過程閉環(huán)控制、定長控制等功能。 直進(jìn)式拉絲機(jī)，是由多臺拉伸電機(jī)同時(shí)對金屬絲進(jìn)行拉伸，作業(yè)的效率很高。由于不銹鋼金屬絲特性比較生脆， 且不允許鋼絲在模道內(nèi)打滑，因此容易在拉伸的過程中拉斷，故嚴(yán)格要求金屬絲在各級模道中線速度同步，這樣，對各級電機(jī)的同步控制性能、速度穩(wěn)態(tài)精度以及電 機(jī)的動態(tài)響應(yīng)的快慢都有較高的要求。
二、控制系統(tǒng)的描述
直 進(jìn)式拉絲機(jī),簡易電氣控制示意圖如上圖，本系統(tǒng)共使用五臺S5300 高性能矢量變頻器實(shí)現(xiàn)拉伸部分的傳動控制，和一臺S5350 高性能變頻器配備PG 卡進(jìn)行收卷控制。每個(gè)模道前面都裝有擺臂，采用位置傳感器可以檢測出擺臂的位置，用于檢測金屬絲的張力，該信號（0~10V）作為 PID的反饋。6 臺 電機(jī)都采用變頻異步電機(jī)，同時(shí)帶有機(jī)械制動裝置。拉絲機(jī)系統(tǒng)的邏輯控制較為復(fù)雜，因工藝不同也有所區(qū)別，各級聯(lián)動，由 PLC 控制。同步方面的控制則由 變頻器內(nèi)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、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 AVI 輸入端，
作為頻率的主給定信號。各擺臂位置傳感器的信號接入到對應(yīng)的模道變頻器作為 PID 控制的反饋信號。根據(jù)擺臂在中間的位置，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)，一級連一級，PID 作為微調(diào)量與主給定作為疊加。
本 拉絲系統(tǒng)的穩(wěn)定狀況在很大程度上取決于 PID 作用速度、變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度、輸出轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度等，為了提高電機(jī)運(yùn)行速度的穩(wěn)態(tài)精度，在很多情 況下也采用有PG 矢量控制技術(shù)來調(diào)節(jié)拉伸電機(jī)的速度，因此對其參數(shù)的設(shè)定必須考慮周全，在低速、中速、高速，以及加速和減速速等情況都需要加以考慮。
另 外，收卷部分，是由S5350加PG卡來實(shí)現(xiàn)的。收卷線速度是由最后一級（第五級）模道控制變頻器提供，作為卷徑計(jì)算的線速度信號。系統(tǒng)的張力可通過電位 器設(shè)定，收卷級變頻器采用轉(zhuǎn)矩控制，需要在收卷電動機(jī)的軸上安裝編碼器，編碼器接入S5350的 PG 卡，作為電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集輸入。
其控制原理如下
通過收卷的當(dāng)前線速度（模擬量 AVI 輸入），計(jì)算出當(dāng)前收卷的卷曲直徑。
計(jì)算方程式如下：D =（i×N×V）/(π×f)
其中: i–機(jī)械傳動比; N–電機(jī)極對數(shù);V–線速度; f–當(dāng)前匹配頻率.
由設(shè)定的張力和卷筒的卷徑（由線速度卷徑計(jì)算模塊獲得）計(jì)算出變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩。
計(jì)算方程式為：T =（F×D）/（2×i）
其中：T–變頻器輸出轉(zhuǎn)矩; F–張力設(shè)定;D–轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)徑; i–機(jī)械傳動比.
從而控制電機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到線材上張力 F 的恒定。
S5350 張力控制專用系列，增加了轉(zhuǎn)動慣量補(bǔ)償，可以很好地解決張力控制系統(tǒng)在加、減速的過程中，因克服系統(tǒng)慣量而出現(xiàn)的張力不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
整個(gè)拉絲系統(tǒng)開動時(shí)，六臺變頻器同時(shí)起動，逐漸調(diào)節(jié)線速度給定，使系統(tǒng)加速，最終達(dá)到要求的生產(chǎn)線速度。
三、總結(jié)
在拉絲機(jī)的控制上，S5300/S5350變頻器構(gòu)成的電氣控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、邏輯清晰，成本與原來相比還有較大的降低，而且在拉絲工藝，節(jié)能上來講，都是非常優(yōu)良的方案。實(shí)踐證明，此控制方案，在同步和恒張力收線控制上完全能夠滿足工藝要求。