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拉丝机专用变频器在直进式拉丝机中的作用

   

拉丝机专用变频器

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。

    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。2mm、2。5mm→1。0mm、2。0mm→0。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8台11KW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。

    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变频器内部实现,不依赖外部控制。

    工作原理:

    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PLC,PLC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AI2(AI1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。

变频器-直进拉丝机控制示意图

    直进拉丝机控制示意图

    之所以选择AM300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:

    主频率源X为AI2

    助频率源Y为PID

    频率源选择为主频率源X+辅助频率源YPID给定源为数字键盘给定

    PID的设定值(该值的基准值为系统的反馈量)

    PID的反馈值AI1

    PID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)

    F9。04=25:PID的P值25

    F9。05=1:PID的I值1:

    F9。06=0。00:PID的D值0。00s

    PID的采样周期0。1s

    PID的偏差极限0

    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。

变频器PID控制原理图

    PID控制原理图

    结束语:

    本系统在优化参数值之后,设备试机时速度600米/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米/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。

信息来源:abc.chossoni.com


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