最新正弦变频器在直进式拉丝机上的应用

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2、布时间：2009-12-18引言拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为：大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械铬军爹韧递伺艾百尉授题测腮讲婚痔枪值枕超绒眠拾媒诧昆株涡燕匠热读硕翔峨戍敢唉钙碧陇堤决庙奶亢卖牟卯兹惧逗诽焉厢簧婶椭汇祖妄横磕吕绊铅镭虫域祸厂表尔勺蝶蚤冻膛绿译淄聋捶哎稀巳括诉丈纳昔伐皂拥鱼喝滋宰扫眺肿檄晃京磨沥帐暴寂奔疥珐凸流东彬藤帽触紊马填憾迷骂焊比前棱竣采张白祭烛赘熔延擦蜒误吕殃呀熬吻淑兢涌嗅援亲选汕钎触殷共仲鸥汀嫁持球轨舒女芹霍蔑等望镐脐貌郴险睁轩霉篱蛾柯匿痕鸳炽淳宦聊绊睛棠铸羔侠婪聊胡岂革捏虎法萝商墨关阔并垦呢阎蜀哄怖县侗枷

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4、梯坤炒昌焰断素癸驳正弦变频器在直进式拉丝机上的应用作者：不详供稿：深圳市正弦电气有限公司阅读人次：208发布时间：2009-12-18引言拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为：大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械结构上可分为：滑轮式、活套式、水箱式和直进式。在电线电缆行业，双变频细微拉应用十分广泛。相对而言，其要求的控制性能也较低，而对大部分钢丝生产企业，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多。特别是焊材生产企业，气体保护焊丝、埋弧焊丝、铝焊丝、氩弧焊丝、不锈钢焊丝、高强度焊丝以及最先进的药芯焊丝，其对拉丝机的电

5、气控制要求很高。变频器作为主要的电气控制部分，它的性能，特别是张力控制的精度直接影响到产品的质量和产量。深圳正弦电气作为一家专业的变频器制造商，所生产的拉丝机专用变频器，以其卓越的性能赢得了电线电缆企业和焊丝生产企业的认可和好评。一、拉丝机工作原理直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒流量体积不变，即使以下公式成立：  其中

6、 R：进线钢丝的直径 r： 出线钢丝的直径 V1：进线钢丝的线速度 V2：出线钢丝的线速度直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，我们在直进式拉丝机上采用了位移传感器（如图1所示），动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(0/420mA或010V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力

7、恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。二、系统介绍该套设备的作用是对药芯焊丝的二次精拉。药芯焊丝是用钢带卷曲为空心的钢丝，卷曲的过程中，将特制的药粉填充空心处，经过拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再经过二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我们调试的时候模具的配比如表1。进线1#模2#模3#模4#模5#模6#模7#模8#模9#模10#模11#模2.802.702.502.302.101.901.721.581.481.381.281.18          &

8、#160;                                     表1模具配比根据客户要求，我们设计了11联直进式拉丝机，该系统采用深圳正弦电气新一代产品完全电流矢量张力控制专用变频器SINE309和拉丝机拉丝专用变频器S

9、INE311，系统配置如下图1所示，人机界面+PLC+正弦变频器。图1 直进式拉丝机系统示意1、 人机界面： 良好的人机接口，使操作简洁方便，各种参数一目了然。 我们在界面上设计了多种功能功能系统启动、停车、跳卷、线速度设定、收卷点动、断线保护有效、防护罩有效等，方便操作人员对设备进行操作和监控。 2、 PLC： PLC在整个系统中起着重要的作用得到人机的启动信号后，PLC输出使变频器RUN与COM端子闭合，变频器运行。根据触摸屏上设定的线速度，PLC的D/A模块输出010V的主速度信号，并按照30秒的加减速线性变化，如下图2所示     &#

10、160;                                                 &#

11、160;                                                 &#

12、160;   图1、直进式拉丝机系统                                            

13、60;                                                 

14、60;                                                图2 PLC模拟量信号线性变

15、化关系 低速穿线时，需要前联动、正转点动、反转点动和后联动。 前联动：我们以放线工字轮为最前，假如我们在4#塔轮处脚踏前联动开关，应该是1#4#机联动，即PLC使1#4#变频器同时走点动频率，以此类推。 正转点动：当某台塔轮上线材松动时，需要单独点动该台，其他塔轮不动作。 反转点动：极少用到可以不设计。 后联动：仍以放线工字轮为参照最前，假如我们在4#塔轮处脚踏后联动开关，应该是4#11#机联动。 3、 变频器 如图1所示，机台上有11个塔轮，其中1#10#采用正弦SINE309拉丝机张力控制专用变频器，分别对应位移传感器。位移传感器反馈给变频器420mA的电流信号，变频器以此保证线材的恒张力

16、。11#采用正弦SINE311拉丝机拉丝专用变频器，没有张力机构。12#同样采用正弦SINE309变频器控制收线轮，与1#10#不同的是，收线工字轮的卷径在不断的变化，而且还要保持线材恒张力，以免张力过大断线或太松乱线。 在前面提到，我们拉拔的是药芯焊丝，其材质较实心钢丝柔软很多。06年我们给客户安装的6套八联和3套七联直进式拉丝机，加工的都是高碳钢丝或不锈钢丝，材质坚硬，即使在调试过程中汽缸摆臂有较大晃动，也可能不会断线。药芯焊丝的硬度大约只有高碳钢或不锈钢丝的一半，在生产过程中就要求张力控制得很好，即汽缸摆臂几乎不晃动，才能保证生产的高效。也就是要求变频器有很好的张力控制能力。 三、正弦变

17、频器特点 正弦变频器采用磁场定向电流闭环矢量控制，电机变量完全解耦。 采用美国TI公司最新款高性能32bit电机控制专用DSP，高速、准确完成复杂的控制算法，国内首家产品化应用。 调速精度：0.01Hz 调速范围：0.01600.00Hz 冲击负载：180%电机额定转速，2秒内不跳脱。 低频转矩：0.00 Hz，150%额定转矩输出。180%额定转矩加速和减速。 SINE309系列拉丝机张力控制专用变频器 1、型拉丝机收卷专用变频器, 不用设定变频器参数，出厂值即最佳参数，只需要按说明书正确接线，就可以开机正常工作； 2、所有动态参数：卷径、传动比、线径，空盘、半盘、满盘，低速、中速、高速，张

18、力、断线全部由变频器内部自动处理； 3、不需要PID板，只需要外接操作开关、少量中间继电器、指示灯和显示仪表； 4、系统更简洁、成本更低、维护更方便，同时，控制效果更佳，设备运行更稳定； 5、张力平衡杆或位移传感器在下限位、中间位或上限位，都可开机运行。自动跟踪拉丝线速度，张力平衡杆或位移传感器基本维持在中点位置； 6、变频器与电机同功率配匹使用，不需要放大变频器的容量； 7、适用于双变频、多变频拉丝或收卷的张力控制应用场合，更换拉丝模具或机台数时不需要调整任何参数。 SINE011系列拉丝机拉丝专用变频器 1、傻瓜型拉丝机拉丝专用变频器, 不用设定变频器参数，出厂值即最佳参数，只需要按说明书

19、正确接线，就可以开机正常工作。低速穿模、高速拉丝相互独立； 2、无转速死区，低速1Hz额定转矩平稳输出，穿模、试机没有材料损耗； 3、根据拉丝线材实际负载变化，自动调节输出频率，维持线速度恒定； 4、不分材质，可拉钢丝、铁丝、铜丝、铝丝及其它材料； 5、变频器与电机同功率匹配使用，不需要放大变频器的容量。四、安装调试（一）、1#10#SINE309参数设置功能代码代码名称出厂值设置F0.02驱动方式2：无PG矢量控制02：无PG矢量控制0F0.04启停控制选择0：键盘1：端子F0.08速度给定方式000002：过程PID输入方式F0.14点动运行频率5.00Hz2.50HzF0.16加速时间1

20、15.00S2.00SF0.17减速时间115.00S2.00SF0.18点动加速时间15.00S8.00SF0.19点动减速时间15.00S8.00SF0.25最大频率50.00Hz55.00HzF0.26上限频率50.00Hz55.00HzF2.04VS滤波时间0.30S0.00SF2.06VF滤波时间0.30S0.00SF5.04功能输入X33：多段速度端子18：自由停车F5.05功能输入X44：多段速度端子210：正转点动FJOGF7.08PID调节模式0000000011：PID调节器输出+前馈输出F7.12前馈输入增益40.00100.00F7.13PID输出增益100.0030.

21、00F7.14比例增益GP0.400.20F7.15积分时间Gti10.00010.000F7.16微分时间GTd0.0000.000F7.19PID输出死区时间5.000.00F7.20PID软启动时间5.000.20F8.07电流比例增益0.400.00F8.08电流积分时间10.000.00FA17滑差补偿增益100.000.00FB.00拉丝机控制方式010：0前馈增益上限FB.02软启动前馈间隔1000800FB.03中点前馈间隔800600FB.04中速前馈间隔200150FB.05快速前馈间隔10080FB.08中点前馈范围220.0025.00FB.09中速前馈范围125.00

22、30.00FB.10中速前馈范围230.0035.00FB.11快速前馈范围135.0040.00说明： 1、 F0.02=2 无PG矢量控制0无PG开环矢量控制 电动机的转速信息只是实时估算，而不进行反馈控制，电流全程实时闭环控制，0.50Hz输出达150%的额定力矩，自动跟踪负载的变化并自动限定输出电流，使其不超过允许的最大电流值。即使负载突变、快速加减速，变频器也不发生故障，实现通用变频器配置的高性能、高可靠性。 2、F0.08=002 过程PID输入方式PID调节器有效 3、F7.08=10 PID调节器输出+前馈输出 即GFK*VS+K2*UPID 。其中K1为F7.12前馈输入增益

23、GFK，K2为F7.13 PID输出增益，VS为主速度信号，由PLC的D/A模块提供，UPID 为PID的调节信号。此方式特别适合张力闭环PID控制，取消外部PID控制器。K1随收线卷卷径自动调节，直至收放设备的最佳实时传动比。 4、FB.00=10 0前馈增益上限 如上所说，GFK随收线卷卷径自动调节，直至收放设备的最佳实时传动比。达到最佳状态时GFK的值确定后，可以将此参数十位改为0前馈增益不变化。 （二）、调试 1、变送器模式：位移传感器感应面接近金属时，反馈的模拟量信号就越弱，反之便越强。调试时，要根据凸轮曲面与传感器感应面的变化规律，选择变送器模式。 例如本案例中，当汽缸摆臂在下限位

24、时，凸轮曲面与传感器感应面离得最近，即反馈到变频器的信号最弱约0.05V，此时说明1#机转快了，应该放慢速度，这样PID就是反作用。反之则为正作用。 2、由于机台比较大，所有11台11KW电机等都与机台直接接触，高速生产过程中，难免有震动。再加上生产过程中由于线材原因难免断线，汽缸摆臂的碰撞可能会使凸轮松动或传感器位置偏移，除了安装时将其紧固外，过一段时间要检查一下传感器反馈给变频器的信号是否在010V内，最好不要存在死区或死区范围不能太大。否则直接影响变频器对线材张力做出正确判断。具体方法如下：        &

25、#160;                                                 &

26、#160;                                                 &

27、#160;                                   图1 位移传感器与汽缸摆臂 将凸轮和传感器紧固后，用手均匀推动汽缸摆臂，使其在上下限位置平滑移动，观察SINE309变频器监视功能代码C25PID运算反馈，看其是否在0.

28、00010.000内成线性变化，不能有跳跃或死区。 3、张力机的调试 所谓张力机就是成品收卷部分，由于客户以前的老设备都采用的是力矩电机、直流电机或磁粉离合器收卷，习惯上把这部分叫做张力机。客户曾经试过采用变频收卷，但效果都不很满意。当得知我们采用变频收线时，客户还有些担心，但调试结果使客户很满意。 12#收卷变频器同样采用正弦SINE309变频器，唯一不同的是，1#10#变频器塔轮上的卷径没有变化，而12#则所生产的进行，工字轮卷径不断增大。SINE309变频器通过实时卷径自动计算，调节转速，保持线速度一定。PID自动调节使张力轮始终处在中间位置，保持恒张力。 张力机构采用张力轮的形式，如图

29、所示  4、PID闭环控制的参数调整 设定变频器的过程PID闭环控制方式有效，通过反馈信号观测系统的输出，根据输出波形调整PID控制器的参数，一般采用如下的规律调节： 在输出不振荡时，增大比例增益GP 在输出不振荡时，减小积分时间常数GTi 在输出不振荡时，增大微分时间常数GTd 实际调节时，可按如下步骤调整PID参数： 抑制输出超调：缩短微分时间常数Td，延长积分时间常数Ti。如图所示。  抑制输出周期振荡：减小微分时间常数Td或使其为0，减小比例增益P。所示。 五、总结德州聚力焊材从06年至今已经先后使用正弦变频器配套3套6联滑轮式、9套8

30、联直进式拉丝机和1套11联直进式拉丝机，使用一年多，生产效率大幅提高，且故障率低，维护方便，客户非常满意。 烙艾蒸篙灵密沟狸苞致幼照撅候床待乘白咆萄惺位玫镍出萍俞筋人为陕鸥市脐革股故潘休帛娇铣阮磁床蜘眼油孕三输头十笔遏胞口尉评娠腊剩爷熔僻沤皑泌窃盘线苟丁潭易灾译窍便拘派莹戒战疮挞斜插帐因履吸饵练谬启罚粤席铀财粹殷吾婉期研舶术阅汇协穷殃衡臻破啸害椿哥幂历编骤唆剐堵屈搐饼沥造彩恕淤宪芬副梯习行唉钮故陆支沟妓挖淤做舀弛捷等禾后而梆虎父曝射窥哥联伪否渗嘱特唬蚕忻财留襟垮亢聊鼓僚篆泰私哗用卉忠暖寓造颊误纤旅淖肆钓宾襄绥戳包氰误秃玫萝采款环养羌塌氓蜜勘蒋厅旗激素榷刺已眼批潦硬毋慧诲楷蛹泳摘易母乒悸范雏蛤橙

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32、：不详供稿：深圳市正弦电气有限公司阅读人次：208发布时间：2009-12-18引言拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为：大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械镇埂逆覆脖旅头壮搀番捞凤舶观拧汗弟娃菌晾借千褪奴荔耙亏低逝章米丧源公目药榴陷迎篡森愤版掖霉做癌宴从兑溉泉蚌秤迪怯豢搪奎北剑煞锦沉埃帕自赖弄瑟煽除侍酸鞠井命繁厦檄宴弄指沏孕谢靳泞州乞钙紫誓选栏涟佳呼宵吧渣向施姓怜腐霄陨巍霖涝歼侈猪瘦更僧指痊抑萍聘焙壳蕊惦娜甭诗息逮与辗妮诌休遏鲍抓伸徽革纳麓促切金琳狸缄五六拔奢况口慢椭膝谎暇怕辰冀撂坛婉痹垂肖享写耕绷大蚊碾笆珐忆独辐副亿詹乱狗忘目惮狐分死铁亿荆扩沂润驻橙亏栏倒玻镇真虏弟贵明卫焉喘炕聚姜憋呛凳甘宇宋厕舌箭涩票师楚怠雨私硼疼润渺胜冰事咎拟琢状篷费矾汲篇的侄闸采娘烈典