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引言

    拉絲機是金屬線材生產的重要設備，主要是將金屬線材拉拔成各種規格的細絲。從產品規格上可分為：大拉機、中拉機、小拉機以及細微拉。從機械結構上可分為：滑輪式、活套式、水箱式和直進式。在電線電纜行業，雙變頻細微拉應用十分廣泛。相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產企業，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩定度高，因此使用直進式拉絲機較多。特別是焊材生產企業，氣體保護焊絲、埋弧焊絲、鋁焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲、高強度焊絲以及最先進的藥芯焊絲，其對拉絲機的電氣控制要求很高。變頻器作為主要的電氣控制部分，它的性能，特別是張力控制的精度直接影響到產品的質量和產量。

    深圳正弦電氣作為一家專業的變頻器制造商，所生產的拉絲機專用變頻器，以其卓越的性能贏得了電線電纜企業和焊絲生產企業的認可和好評。

一、拉絲機工作原理

    直進式拉絲機是有多個拉拔頭組成的小型的連續生產設備，通過逐級拉拔，可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規格，所以工作效率比較高。但是，由于通過每一級的拉拔后，鋼絲的線徑發生了變化，所以每個拉拔頭工作線速度也應有變化。

    根據拉模配置的不同，各個拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準是每個時刻通過拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即使以下公式成立：
                            πR²×V1= πr²×V2

    其中  R：進線鋼絲的直徑
          r： 出線鋼絲的直徑
          V1：進線鋼絲的線速度
          V2：出線鋼絲的線速度

    直進式拉絲機的各個拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個拉拔頭同步運行。但是，以上的說明是基于理想狀態的穩態工作過程，由于機械傳動的誤差以及機械傳動的間隙，還有在起動、加速、減速、停止等動態的工作過程中，各個拉拔頭就無法保持同步，所以，我們在直進式拉絲機上采用了位移傳感器（如圖1所示），動態測量各個拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉換成標準信號(0/4~20mA或0~10V)，用這個標準信號反饋給調速變頻器，變頻器用這個信號作閉環PID過程控制，在主速度上疊加上PID計算的調整量，保持各個張力檢測點的張力恒定，也就保證了直進式拉絲機工作在同步恒張力的工作狀態。

二、系統介紹

    該套設備的作用是對藥芯焊絲的二次精拉。藥芯焊絲是用鋼帶卷曲為空心的鋼絲，卷曲的過程中，將特制的藥粉填充空心處，經過拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再經過二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我們調試的時候模具的配比如表1。

   表1 模具配比

    根據客戶要求，我們設計了11聯直進式拉絲機，該系統采用深圳正弦電氣新一代產品——完全電流矢量張力控制專用變頻器SINE309和拉絲機拉絲專用變頻器SINE311，系統配置如下圖1所示，人機界面+PLC+正弦變頻器。
 

    1、 人機界面：

    良好的人機接口，使操作簡潔方便，各種參數一目了然。

    我們在界面上設計了多種功能功能——系統啟動、停車、跳卷、線速度設定、收卷點動、斷線保護有效、防護罩有效等，方便操作人員對設備進行操作和監控。

    2、 PLC：

    PLC在整個系統中起著重要的作用——①得到人機的啟動信號后，PLC輸出使變頻器RUN與COM端子閉合，變頻器運行。②根據觸摸屏上設定的線速度，PLC的D/A模塊輸出0~10V的主速度信號，并按照30秒的加減速線性變化，如下圖2所示
 

    ③低速穿線時，需要前聯動、正轉點動、反轉點動和后聯動。

    前聯動：我們以放線工字輪為最前，假如我們在4#塔輪處腳踏前聯動開關，應該是1#~4#機聯動，即PLC使1#~4#變頻器同時走點動頻率，以此類推。

    正轉點動：當某臺塔輪上線材松動時，需要單獨點動該臺，其他塔輪不動作。

    反轉點動：極少用到可以不設計。

    后聯動：仍以放線工字輪為參照——最前，假如我們在4#塔輪處腳踏后聯動開關，應該是4#~11#機聯動。

    3、 變頻器

    避免如圖1所示，機臺上有11個塔輪，其中1#~10#采用正弦SINE309拉絲機張力控制專用變頻器，分別對應位移傳感器。位移傳感器反饋給變頻器4~20mA的電流信號，變頻器以此保證線材的恒張力。11#采用正弦SINE311拉絲機拉絲專用變頻器，沒有張力機構。12#同樣采用正弦SINE309變頻器控制收線輪，與1#~10#不同的是，收線工字輪的卷徑在不斷的變化，而且還要保持線材恒張力，以免張力過大斷線或太松亂線。

    在前面提到，我們拉拔的是藥芯焊絲，其材質較實心鋼絲柔軟很多。06年我們給客戶安裝的6套八聯和3套七聯直進式拉絲機，加工的都是高碳鋼絲或不銹鋼絲，材質堅硬，即使在調試過程中汽缸擺臂有較大晃動，也可能不會斷線。藥芯焊絲的硬度大約只有高碳鋼或不銹鋼絲的一半，在生產過程中就要求張力控制得很好，即汽缸擺臂幾乎不晃動，才能保證生產的高效。也就是要求變頻器有很好的張力控制能力。

三、正弦變頻器特點

    ● 正弦變頻器采用磁場定向電流閉環矢量控制，電機變量完全解耦。

    ● 采用美國TI公司最新款高性能32bit電機控制專用DSP，高速、準確完成復雜的控制算法，國內首家產品化應用。

    ● 調速精度：0.01Hz

    ● 調速范圍：0.01~600.00Hz

    ● 沖擊負載：180%電機額定轉速，2秒內不跳脫。

    ● 低頻轉矩：0.00 Hz，150%額定轉矩輸出。180%額定轉矩加速和減速。

    SINE309系列拉絲機張力控制專用變頻器
   
    1、型拉絲機收卷專用變頻器, 不用設定變頻器參數，出廠值即最佳參數，只需要按說明書正確接線，就可以開機正常工作；

    2、所有動態參數：卷徑、傳動比、線徑，空盤、半盤、滿盤，低速、中速、高速，張力、斷線全部由變頻器內部自動處理；

    3、不需要PID板，只需要外接操作開關、少量中間繼電器、指示燈和顯示儀表；

    4、系統更簡潔、成本更低、維護更方便，同時，控制效果更佳，設備運行更穩定；

    5、張力平衡桿或位移傳感器在下限位、中間位或上限位，都可開機運行。自動跟蹤拉絲線速度，張力平衡桿或位移傳感器基本維持在中點位置；

    6、變頻器與電機同功率配匹使用，不需要放大變頻器的容量； 

    7、適用于雙變頻、多變頻拉絲或收卷的張力控制應用場合，更換拉絲模具或機臺數時不需要調整任何參數。

    SINE011系列拉絲機拉絲專用變頻器

    1、傻瓜型拉絲機拉絲專用變頻器, 不用設定變頻器參數，出廠值即最佳參數，只需要按說明書正確接線，就可以開機正常工作。低速穿模、高速拉絲相互獨立；

    2、無轉速死區，低速1Hz額定轉矩平穩輸出，穿模、試機沒有材料損耗；

    3、根據拉絲線材實際負載變化，自動調節輸出頻率，維持線速度恒定； 

    4、不分材質，可拉鋼絲、鐵絲、銅絲、鋁絲及其它材料；

    5、變頻器與電機同功率匹配使用，不需要放大變頻器的容量。

四、安裝調試
 

說明：

    1、 F0.02=2  無PG矢量控制0——無PG開環矢量控制

    電動機的轉速信息只是實時估算，而不進行反饋控制，電流全程實時閉環控制，，0.50Hz輸出達150%的額定力矩，自動跟蹤負載的變化并自動限定輸出電流，使其不超過允許的最大電流值。即使負載突變、快速加減速，變頻器也不發生故障，實現通用變頻器配置的高性能、高可靠性。

    2、F0.08=002  過程PID輸入方式——PID調節器有效

    3、F7.08=10   PID調節器輸出+前饋輸出

    即GFK*VS+K2*UPID 。其中K1為F7.12前饋輸入增益GFK，K2為F7.13 PID輸出增益，VS為主速度信號，由PLC的D/A模塊提供，UPID 為PID的調節信號。此方式特別適合張力閉環PID控制，取消外部PID控制器。K1隨收線卷卷徑自動調節，直至收放設備的最佳實時傳動比。

    4、FB.00=10  0~前饋增益上限

    如上所說，GFK隨收線卷卷徑自動調節，直至收放設備的最佳實時傳動比。達到最佳狀態時GFK的值確定后，可以將此參數十位改為0前饋增益不變化。

    （二）、調試

    1、變送器模式：位移傳感器感應面接近金屬時，反饋的模擬量信號就越弱，反之便越強。調試時，要根據凸輪曲面與傳感器感應面的變化規律，選擇變送器模式。

    例如本案例中，當汽缸擺臂在下限位時，凸輪曲面與傳感器感應面離得最近，即反饋到變頻器的信號最弱約0.05V，此時說明1#機轉快了，應該放慢速度，這樣PID就是反作用。反之則為正作用。

    2、由于機臺比較大，所有11臺11KW電機等都與機臺直接接觸，高速生產過程中，難免有震動。再加上生產過程中由于線材原因難免斷線，汽缸擺臂的碰撞可能會使凸輪松動或傳感器位置偏移，除了安裝時將其緊固外，過一段時間要檢查一下傳感器反饋給變頻器的信號是否在0~10V內，最好不要存在死區或死區范圍不能太大。否則直接影響變頻器對線材張力做出正確判斷。具體方法如下：
 

五、總結

    德州聚力焊材從06年至今已經先后使用正弦變頻器配套3套6聯滑輪式、9套8聯直進式拉絲機和1套11聯直進式拉絲機，使用一年多，生產效率大幅提高，且故障率低，維護方便，客戶非常滿意。

    參考文獻《SINE300系列矢量控制變頻器使用說明書》