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变 频器 与 P LC 】 浙江工商职业技术学院 李方园 摘要 常见的拉丝机包括直进式、活套式、滑轮式和水箱式几种，在以前 通常都采用直流电机或发 电机一电动机组 F - D系统 来实现，现在随着 工艺技术的进步和变频器的大量普及，变频控制开始在各式拉丝机中大量 使用，并可通过P L C来实现拉拔品种设定、操作自动化、生产过程控制 、 实时闭环控制、自动计米等功能。 关键词 变频器；拉丝机；P I D 控制 Ab s t r a c t T h e C O IT U n o n d r a wi n g ma c h i n e s in c l u d e s tr a i g h t wi r e d r a win g ma c h i n e ， l i v e s e t s ， p u l l e y a n d t a n k s t y p e ． Us u a l ly t h e s e ma c h i n e s wo r k e d s b y u s i n g t h e DC m o t o r o r g e n e r a t o r mo t o r g r o u p F D s y s t e m ． No w w i t h t h e a d v a n c e s 0 I t h e t e c h n o l o g y a n d p o p u l a r i t y o f i n v e r t e r d e v i c e s ．AC i n v e rt e r s a r e b e i n g e x t e n s iv e ly a d o p t e d in v a r i o u s t y p e s o f wi r e d r a wi n g ma c h i n e s ．By u s in g P L C a n d AC i n v e r t e r ,th e d r a win g ma c h i n e s c a r l a c h i e v e t h e f u n c t io n s s u c h a s a u t 0 ma t i c o p e r a t i on ， pr oc e s s c o n t r o l ，r e a l t i me c l o s e d l o o p c o n t r o l ， a u t o ma t i c me t e r fimc t i o n s ， e t x Ke y wo r d s AC inv e r t e r ； Dr a wi n g Ma c h in e ； P I D c o n tr o l 1 引言 金属制品是冶金工业中的重要一环，但在我国该行业却是一 个薄弱环节 ，机械、电气设备陈旧，阻碍了行业的发展。常见的 拉丝 机 包括 直进 式 、活 套式 、滑 轮式 和水 箱式 几 种 ，在 以前通 常 都采用直流电机或发电机 ～电动机组 F D系统来实现 ，现在 随 着工 艺技 术的 进 步和 变频 器 的大量 普及 ，变频 控制 开始 在 各式 拉丝机中大量使用，并可通过P L c 来实现拉拔品种设定、操作 自 动 化 、生产过 程控 制 、实时 闭环控 制 、自动计 米等功 能 。 2 三垦变频器 在水箱式拉丝机中的应用 水箱式拉丝机有简易水箱和翻转水箱式两种，适宜拉拔中细 46 萱 碲 咀t A U T O M A T I O N P A N O R A M A 2 0 1 1 0 4 规格的各种金属线材 ，特别适宜拉拔高中低碳钢丝 、镀锌铁丝 、 轮胎钢丝、胶管钢丝、合金钢丝、帘线钢丝及铜丝铝丝等。图1 所 示为某通讯电缆有限公司拉丝机。该装置的工艺数据如下 线材 为通讯 电缆用铜线；线径在伸线前约{ I 5 ram，伸线后约 中l mm； 线速 为5 0 H z 运转时为7 0 3 m ／ mi n ；卷取线轴内径中2 8 0 ram、外径 中3 9 0 mr n ；张力架采用上下滑动的配重式张力架，扇形同轴电位 器输出信号范围0 ～1 0 g；张力基准约2 k g 。 锨 力 用蹙 撤嚣 图l水箱式拉丝设备简图 在改造过程中拉伸侧变频器为三垦V D 0 5 ，卷取侧变频器为 三 垦WD0 5；制 动 电阻 无 ，其 中两台 变 频器 直流 母线 连 接 。该 例 重点采用了三垦WD 0 5 系列变频器独有的张力架高速补偿功能 所谓高速张力架补偿 ，是瞬时补偿启动时和停止时或由于外部原 因造成的张力架的大的瞬时变化的功能。如图2 所示，此功能是对 从张力架的不动作区偏离部分进行p I 控制，使它返回不动作区内 的功 能 。与低 速张 力架 补偿 相 比 ，用 十分 快的 动作 来补偿 而进 行 增益设定。而且在张力架的u p L o w 水平以上时 ，可以保持补偿 量不变。张力架高速补偿功能使卷绕控制的相应特性大大提高， 从而满足用户高速 、恒张力的控制要求。 图2 张力架高速补偿功能 c 5 3张力察 水平 c ∞5 1 ． 不动作区 水平 c 茁5 2 不动作区 水平 c d B 5 4． 张 办黎 I ．, o y承平 3 艾默生变频器 在铜线 细伸机 中的应 用 如 图3 所 示 ，某 铜 线细 伸 机 中的 n级 拉 伸共 用 一 台 1 l k W 电机 拖动，拉伸力来源于拉伸轮与铜线的摩擦力，摩擦 力的大小与铜 线的张紧程度有关，整个拉伸系统各级之间依靠拉伸轮的转速差 别和线上张力传递来控制同步协调工作。工怍时需用冷却油进行 散热。绕圈部分用一 台3 ． 7 k W电机拖动 ，需要保持第 1“ 1 级拉伸到 绕 筒之 间线 上 张力 恒定 ，若这 一 段 张力 波动 ，则第 n级 拉伸 轮 上 的摩擦力就会波动 ，依此类推 ，整个拉伸系统就处于波动状态 ， 拉 出的铜 丝质 量会 变差 ，甚至 由于打滑 将铜 丝 磨断 。 第 1掘拉 伸 第 2缮 拉伸 拉 丝机 工作简图 蟹 甓 酃 分 图3 铜线细伸机 在 控 制 系 统 设 计 过 程 中 ，拉 丝 机 的 主 驱 动 选 用 爱 默 生 T D3 0 0 0 1 l k W变频器 ，采用端子控制 、模拟速度设定 ，模拟输出 端子A 01 设定为运行频率输 出，用来作为收线变频器的频率主给 定和线速度反馈信号。可编程继 电器设为零速到达信号输 出，控 制系统的抱 闸，X1 端子设定为 自由停车端子，用做非正常情况下 的停机信号。运行方式采用开环矢量控制，具有低频转矩大 ，运 行 平 稳的 特 性 ，运行 前 先要 对 电机 进 行 自动 参数 调 谐 。控 制接 线 图如 图4 所 示 。 R U 三 曩 三 R U S V S V T 一 T D K X ]0 意 傅 盒 生 2 ∞1 鲎 娈 龇 P 日 C O N 1 1 K 3 N。 。 ]{ 3 7 ， PA 二i } 1 2 0m P c 达l 蜥 A B 【 ， ．．．．．．．．．．．．一 图4 拉丝机控制接线 图 收线部分是系统控制的难点 ，对整个拉丝机的性 能具 有决 定性的影响 ，要求收线张力恒定，张力可用摆杆信号反馈 。现场 实验时拉的铜线线径只有0 ． 2 m m，张力稍微一大就会拉断 ，而缠 满铜线的卷筒有几十公斤 ，因为惯量转矩远远大于张 力转矩 ， 所以用张力开环的方式行不通 ，而用张力反馈进行P I D调节频率 的 方式 ，在 加 减速 过 程 中很 难快 速跟 随 。 根据 以 上情 况 ，采 用通 过l l k W主驱动变频器的运行频率和收线卷的卷径计算出同步跟 踪频率作为主给定频率，用张力反馈信号进行P I D 运算作为辅助 调节频率的方案 。l 】 k w的一个模拟输出端 口设定为运行频率输 出 ，信 号 为0 2 0 mA，对 应0 到 最 大频 率 ，接 到3 ． 7 k W模 拟输 入 口 AI 2 ，3 ． 7 k W变频器的A I 2 改变跳 线为 电流设定 ，输人0 ～ 2 0 mA对 应0 到最 大频率 ，最大频率设为主驱动最大频率时对应的收线 电 机在空卷时的频率 。卷径来源选用线速度卷径计算法 ，线速度的 来源也用 l 1 k W的模拟输出 ，用AI 2 输入 ，0 ～ 2 0 mA对应0 到最大 线速度 ，最大线速度设为主驱动电机最大频率时对应的收线线速 度 。线速度较低时 ，卷径计算的误差会比较大，所以应将最低线 速度设为比较合理的值 ，当线速度低于设定的最低线速度时，卷 径 将保 持 ，而 不 再进 行 计算 ，此时 的 卷径 变 化非 常慢 ，所 以不会 有影响。 4 汇川变频器在直进式拉丝机中的应用 直 进 式 拉 丝 机 是 拉 丝 机 中 最 难 控 制 的一 种 ，由于 它是 多台 电机同时对金属丝进行拉伸 ，怍业的效率很高 。不象以前经常遇 到的水箱拉丝机和 活套式拉丝机 ，允许金属丝在各道模具之间打 滑。同时它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要 求 。 由于不 锈 钢材 料特 性 比较 脆 ，缺 少 像高 碳钢 丝 或 者钢 帘线 那 样的韧性 ，比较容易在作业过程中拉断。 某 系统 共 有 8 台 1 l k W变频 器 。 系统 的 电气 配置 为 活套一 台 ， 安装在第一级，作用是将成卷的不锈钢丝牵引到拉丝部分，由于 2 0 1 1 ． 0 4 A U T O M A T IO N P A N O R A M A 苗 蝴蕊 47
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