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     汇川变频器的绳锯机控制方案

     

     

    绳锯机工作示意图


         .概述                      

    绳锯机是一种石材矿山开采机械,用于开采花岗岩.大理石等石矿,采用一台主电机带动锯绳沿近似跑道型的轨迹运行,锯绳套在已经凿开缝的石头山上,一台移动电机经减速器带动整个锯床以一定的速度沿石头被锯开的方向向后移动,移动速度必须根据主电机的负荷状况和锯绳所需的张紧力适时进行调整.

    如果移动速度太快,主电机负载增大,甚至过载,锯绳承受的张力也会增大,如不及时调整速度就会绷断锯绳;反之如果移动速度太慢, 锯绳张力太小,锯绳会在石头上打滑,切割效率降低,并且松驰的锯绳还会打绞,以至绞断锯绳,所以在保证主电机负荷基本均匀和锯绳合适的张紧力下提高锯机切割效率是控制的关键,由于矿山形状的不规则性,横切面自然也时大时小,锯床移动速度必须相应调整.

    目前福建,河南,山东,广东云浮及湖南长沙等地都有生产,主机功率一般从11KW55KW都有,30KW, 37KW45KW居多,大都采用PLC经电流互感器读取主机电流,然后根据切割过程电流的变化趋势输出0-10VDC来调整移动电机速度,变频器只作为执行机构.

    有两种电气配置:

    1)主机采用Y-△启动,只有移动电机采用变频控制, 目的是为了降低成本, 但必须外加电流互感器和PLC来进行控制负荷控制和移动电机的速度控制等,国内早期很多是这种配置,一次投资少,但能耗高,现在已很少采用.

    2)主机和移动电机都采用变频器控制, 也必须外加电流互感器PLC来进行控制负荷控制和移动电机的速度控制,还有断绳立即停机等保护动作.

    以上两种方案的缺点:

    .电流互感器和模拟量输入输出模块在矿山水,粉尘等恶劣环境下易损坏, 且配置较繁琐,接线多,故障点也多;

    .调试麻烦,必须要PLC编程人员参与,整机成本也较高.

     

     

    .汇川变频器的控制方案

    充分利用汇川矢量型变频器的独特功能:

    1.多功能模拟量输出和脉冲输出口可以直接监视电机运行电流,监视主机负荷无须另加电流互感器;

    2.具有灵活的频率源叠加方式,辅助频率源可以相对主频率源或最大频率调整;

    3.真正的电流矢量变频器,极好的低频力矩特性,0.5Hz即可满转矩输出;

    4.在速度控制模式下,采用电流矢量控制时,可对输出转矩进行调节;

    5.变频器可以提供断绳保护功能(即掉载保护非标)

    基于以上功能我们可以完全不用电流互感器和PLC即可完成绳锯机的控制,主电机的负荷和锯绳的张紧度是两个控制指标,能否合理利用电机输出功率是保证最大切割效率的关键,有两种方案可以达到控制要求,但从方案的简单易用性方面考虑,在满足控制要求的前提下,我们推荐采用第二种方案.

    .PID控制方式:将主电机实际运行电流经高速脉冲输出口给移动变频器作为PID反馈值,手动调节电位器经模拟量AI1端口给移动变频器作为PID的给定值(最大给定与额定电流对应),即手动给定主机负载,移动快慢保证负载平稳,主机转速可另外给定,原理图如下:

    方案优点:负载控制平稳,精确, 能根据切割面的变化,及时调整移动速度;

    缺点:调试较麻烦,特别是PID的合理调整,为了保证移动电机的单动控制(频率源AI1PID切换),必须单联动控制切换.

     

    .采用频率源叠加控制方式:将主电机实际运行电流经高速脉冲输出口给移动变频器作为辅助频率源(空载运行电流对应0%,额定电流对应–X%),手动调节电位器经模拟量AI1端口给移动变频器作为主频率源,将两频率源叠加作为移动电机输出频率,即主频率源减辅助频率源,当手动给定和主机运行电流不变时,移动电机移动速度也保持不变,主机转速可另外给定,原理图如下(接线和PID控制方式差不多,只是移动电机单联动控制不需切换):

    方案优点:原理更简单, 一般电工即可完成调试工作,操作也更方便,完全能满足工艺要求;

    缺点:负载调控及时性不如PID方式,不够精确.

     

    .结束语:

        以上两种方案已在福建泉州华侨大学校办企业—华大超硬工具科技有限公司生产的串珠金刚石绳锯机上验证完全可以满足控制要求,目前已采用第二种方案,将他们原有方案大大简化,是一个性价比很高的方案,并且我司矢量变频器的低频力矩特性明显优于他们先前所使用的变频器,值得推广.(其实移动电机的控制用我司变频器进行矢量控制时,还可考虑通过调节转矩上限来间接控制移动速度,也应能满足控制要求)

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