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    变频控制在直进式拉丝机中的应用

    姜勇 

     

         在直进式拉丝机控制中采用变频调速具有配置简练、逻辑清晰、成本下降的特点,同时本文还详细介绍了汇川MD320变频器在拉丝机上的应用。

    关键词   直进式拉丝机   同步   变频控制

     

    1          前言

    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。在金属加工中,直进式拉丝机是常见的一种,在以前通常都采用直流发电机-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,变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用,并可通过PLC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。

    采用变频调速系统的直进式拉丝机技术先进、节能显著,调速范围在正常工作时为30:1,同时在5%的额定转速时能提供超过1.5倍的额定转矩。

    本文以某厂生产不锈钢丝的直进式拉丝机变频改造为例,来说明变频控制的应用过程及效果。

     

    2          直进式拉丝机变频控制系统

    该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸,设计的工艺要求为:(1)最高拉丝速度600m/min;(2)加工品种主要三种,分别是进线2.8mm→出线1.2mm2.5mm1.0mm2.0mm0.8mm;(3)紧急停车断头不多于2个。

    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,作业的效率很高。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。

    本系统共有811KW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,由于活套可以自由打滑,因此这台电机不需要特别的控制。拉丝部分共有六个直径400mm的转鼓。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂,采用位移传感器可以检测出摆臂的位置,当丝拉得紧的时候,丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂下移。最终是收卷电机,该部分采用自行滑动的锥形支架,整个过程卷径基本不变化,因此不需要用到卷径计算功能。八台电机功率采用变频专用电机,同时带有机械制动装置。

    图一  直进式拉丝机控制示意

    直进式拉丝机的系统逻辑控制较为复杂,有各种联动关系,由PLC实现。同步方面的控制则全部在汇川MD320变频器内部实现,不依赖外部控制。

    其工作原理是:根据操作工在面板设定决定作业的速度,该速度的模拟信号进入PLCPLC考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的AI2AI1也可以)输入端,作为速度的主给定信号。各摆臂位移传感器的信号接入到对应的转鼓驱动变频器作为PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置,自己设定一个PID的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的PID控制系统,一级串一级,PID作为微调量。

    之所以选择汇川MD320变频器,就在于它能轻松实现主速度跟随加PID微调的功能,而无须额外的控制板。在本系统中参数设置如下:

    F0-03=2:主频率源XAI2

    F0-04=8:辅助频率源YPID

    F0-07=1:频率源选择为主频率源X+辅助频率源Y

    FA-00=0PID给定源为数字键盘给定

    FA-01=4PID的设定值(该值的基准值为系统的反馈量)

    FA-02=0PID的反馈值AI1

    FA-03=0PID的作用方向(当反馈信号大于PID的给定时,要求变频器频率输出下降,才能达到PID平衡)

    FA-05=25PIDP

    FA-06=1PIDI

    FA-07=0.08PIDD

    FA-08=0.1PID的采样周期

    FA-09=0PID的偏差极限

    由于系统的稳定在很大程度上取决于PID作用,因此对其参数的整定必须考虑周全,在低速、高速、升速和降速等情况都予以考虑。另外在本系统中必须加入微分限幅。

    图二所示为PID控制原理:

    图二  过程PID控制原理

     

    3    结束语

    本系统在优化参数值之后,设备试机时速度600/min非常稳定,完全解决了原来采用同步板高速度下面不稳的问题(原来只能开到300/min)。通过各种工况下的对比测试,和采用进口直流驱动器的拉丝机性能一样,同时设备效率为90-95%、节电率为40%左右。而且本系统电气器件配置简练、逻辑清晰,成本与原来相比还有较大的降低,的确是个性价比优良的方案。

     

    参考文献

    1、《MD系列模块化变频器MD320用户手册》2004年深圳 深圳市汇川技术有限公司

    2、《电气变频调速设计技术》杜金城 2001年北京中国电力出版社

     

    【英文】

    The AC inverter’s control’s for metal drawing equipment

    Shenzhen Inovance Tech. Co.,Ltd    (Jiang Yong)

    Abstract   The system with the AC inverter’s control for the metal drawing equipment has the advantage of simple configuration , clear logic and cheap cost . And here we introduce MD320’s application with details.

    Keywords  Metal drawing equipment   In-phase control   Inverter control

     

     

     

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