一、引言
拉絲機(jī)也被叫做拔絲機(jī), 是金屬線材加工及電線電纜行業(yè)的主要機(jī)械設(shè)備之一,廣泛應(yīng)用于鋼絲、制繩絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、標(biāo)準(zhǔn)件等金屬制品的生產(chǎn)和預(yù)加工處理。從產(chǎn)品規(guī)格范圍來(lái)區(qū)分拉絲機(jī)可以分為大拉機(jī),中拉機(jī),小拉機(jī),微拉機(jī);從生產(chǎn)工藝方面來(lái)區(qū)分可以分為水箱式,滑輪式,直進(jìn)式等主要的幾種。其中直進(jìn)式拉絲機(jī)是最常用的一種制造設(shè)備,在以前通常都采用電動(dòng)機(jī)組及力矩電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),但其控制的靈活性、自動(dòng)化程度及能耗上,傳統(tǒng)的控制方式越來(lái)越不適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的大量推廣,變頻控制開(kāi)始在直進(jìn)式拉絲機(jī)中大量使用,拉絲系統(tǒng)借助于觸摸屏、PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)拉絲速度、品種設(shè)定、過(guò)程閉環(huán)控制、定長(zhǎng)控制等功能。
直進(jìn)式拉絲機(jī)是拉絲機(jī)中較難控制的一種,由于是多臺(tái)電機(jī)同時(shí)對(duì)金屬絲進(jìn)行拉伸,其作業(yè)效率很高。與水箱拉絲機(jī)和活套式拉絲機(jī)不同,直進(jìn)拉絲機(jī)不允許金屬絲在各道模具之間打滑,對(duì)電機(jī)的同步性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性都有極高的要求,所以變頻器的性能對(duì)拉絲的加工質(zhì)量起著非常重要的作用。
二、 拉絲機(jī)工藝簡(jiǎn)介
拉絲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制各輥臺(tái)、眼模把金屬線材或棒材經(jīng)拉拔處理,將金屬線材加工成各種規(guī)格細(xì)線,使線材或棒材的直徑、圓度、內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)、表面光潔度和矯直度等都達(dá)到所需的工藝要求。因此拉絲機(jī)對(duì)線材或棒材的預(yù)處理加工質(zhì)量直接關(guān)系到金屬線材的成品質(zhì)量。
對(duì)于不同的金屬物料、不同規(guī)格、不同精度要求的產(chǎn)品,可選擇不同用途的拉絲機(jī)械。而對(duì)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè),針對(duì)材料特性,其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高,因此使用直進(jìn)式拉絲機(jī)較多。盡管拉絲工藝不同,但其工作過(guò)程基本相同(如下圖):
放線:金屬絲的放線,對(duì)于整個(gè)拉絲機(jī)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō),其控制精度要求不高,有些拉絲機(jī)械的放線操作是通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)放線架實(shí)現(xiàn)的,但也有部分是通過(guò)拉絲環(huán)節(jié)的絲線張力牽伸送進(jìn)拉絲機(jī)的,實(shí)現(xiàn)自由放線;
拉絲:拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機(jī)最為重要的工作環(huán)節(jié)。不同金屬物料,不同的絲質(zhì)品種和要求,拉絲環(huán)節(jié)有較大的區(qū)別。它由一臺(tái)主電機(jī)控制(稱(chēng)為主機(jī)),金屬線材通過(guò)內(nèi)部塔輪的導(dǎo)引,經(jīng)過(guò)各級(jí)模具而逐步拉伸,以達(dá)到所要求規(guī)格的線材,同時(shí)在拉絲時(shí),須開(kāi)啟冷卻液對(duì)模具冷卻。
收線:收卷為拉絲機(jī)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),對(duì)拉絲機(jī)的性能起決定性的影響,也是考驗(yàn)拉絲機(jī)電氣系統(tǒng)性能的重要依據(jù)。收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個(gè)拉絲機(jī)械的生產(chǎn)效率,也是整個(gè)系統(tǒng)最難控制的部分。在收線部分,常用的控制技術(shù)有同步控制與張力控制實(shí)現(xiàn)金屬制品的收卷。
三、 系統(tǒng)方案
直進(jìn)式拉絲機(jī)通過(guò)卷輥到卷輥經(jīng)過(guò)拉絲眼模對(duì)線材直徑或形狀進(jìn)行改變,以獲得需要的直徑或形狀。線材進(jìn)入拉絲眼模時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑,拉絲眼模上有專(zhuān)用的冷卻(通常是用水冷夾套冷卻)裝置。
直進(jìn)式拉絲機(jī)要求易穿線、速度快、不斷線,不允許金屬絲在各道模具之間打滑,對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度有較高的要求,整個(gè)工作過(guò)程要求系統(tǒng)平穩(wěn)地工作在同步狀態(tài),低速啟動(dòng)時(shí)力矩大且穩(wěn)定;減速停機(jī)時(shí)電機(jī)平穩(wěn)且沒(méi)有反轉(zhuǎn)。
為解決傳統(tǒng)拉絲機(jī)技術(shù)中生產(chǎn)效率低、響應(yīng)速度慢、系統(tǒng)可靠性低等問(wèn)題,安邦信為直進(jìn)拉絲機(jī)設(shè)備制造商提供全自動(dòng)控制系統(tǒng)及方案,采用CAN通訊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、變頻、電機(jī)之間的高速實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò),通過(guò)PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)拉拔不同規(guī)格成品的參數(shù)設(shè)定,根據(jù)不同的機(jī)械參數(shù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)比等參數(shù),根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制中的操作自動(dòng)化、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、自動(dòng)計(jì)米、自動(dòng)分別斷線等功能,控制方法簡(jiǎn)單靈活,操作使用方便,滿足系統(tǒng)同步性高、大批量生產(chǎn)等要求,有效提高直進(jìn)拉絲機(jī)工作效率和品質(zhì),降低企業(yè)營(yíng)運(yùn)成本。
該變頻拉絲系統(tǒng)采用6+1控制方案,實(shí)現(xiàn)6臺(tái)同步拉絲,1臺(tái)同步收卷的運(yùn)行方式,工作示意圖如下所示:
拉絲環(huán)節(jié)由一臺(tái)定速機(jī)確定運(yùn)行速度,定速機(jī)可任意定義,不受位置的限制,其它變頻跟隨定速機(jī)同步運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)金屬材料的直徑或形狀逐級(jí)變小。
拉絲部分采用主頻+輔頻PID方案運(yùn)行,通過(guò)張力桿實(shí)時(shí)PID動(dòng)態(tài)調(diào)整卷輥的運(yùn)轉(zhuǎn),保證拉絲導(dǎo)線始終控制在恒定張力水平運(yùn)行,當(dāng)某個(gè)卷輥故障時(shí),可滿足實(shí)現(xiàn)跳卷功能,經(jīng)由其它變頻拖動(dòng)運(yùn)行,同時(shí)當(dāng)電機(jī)參數(shù)、卷輥直徑、眼模直徑等發(fā)生變化時(shí),不影響拉絲機(jī)的參數(shù)設(shè)定和運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中可選擇性使用定長(zhǎng)計(jì)米控制,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前拉絲長(zhǎng)度,自動(dòng)鑒別拉絲斷線故障等。
收卷部分由收卷電機(jī)帶動(dòng)收卷盤(pán)進(jìn)行收卷,隨著收線卷徑不擴(kuò)大,收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)降低,以保證線速度恒定,在控制中常采用張力反饋裝置來(lái)調(diào)節(jié)收線電機(jī)的速度。
線材由拉絲部分引出經(jīng)由張力擺桿,張力擺桿的作用是反饋當(dāng)前的張力信號(hào)給收卷電機(jī),收卷電機(jī)根據(jù)反饋信號(hào)的偏差PID調(diào)節(jié)輸出頻率,以此來(lái)保證在收卷過(guò)程中恒定的張力和運(yùn)行速度。
收卷線材通過(guò)張力擺桿上升到一個(gè)導(dǎo)輪,然后被牽引到一個(gè)排線機(jī)的導(dǎo)輪,排線機(jī)由單獨(dú)小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)作往返運(yùn)動(dòng),功能是把線材勻稱(chēng)的排在收卷盤(pán)上,收卷電機(jī)帶動(dòng)收卷盤(pán)旋轉(zhuǎn),把由排線機(jī)引導(dǎo)的線材自動(dòng)的卷繞到收卷盤(pán)上,到此完成整個(gè)收卷過(guò)程。
下圖為拉絲機(jī)變頻控制部分接線示意圖:
三、 技術(shù)參數(shù)及功能
變頻器部分參數(shù)設(shè)置界面如下圖示:
F00.00:電機(jī)控制方式
F00.01:鍵盤(pán)設(shè)定頻率
F00.02:加速時(shí)間1
F00.03:加速時(shí)間2
F00.04:運(yùn)行指令選擇
F00.05:A頻率指令輸入選擇
F00.06:最大頻率
F00.07:上限頻率
F00.08:下限頻率
F00.13:B 頻率指令選擇
F00.14:命令源捆綁頻率源
F00.15:疊加時(shí)B頻率源范圍選擇
F00.16:疊加時(shí)B頻率源范圍
F00.17:頻率源組合
F02.00:X1 端子功能選擇
F02.01:X2 端子功能選擇
F02.02:X3 端子功能選擇
F02.03:X4 端子功能選擇
F02.11:端子命令方式
F03.00:AI1 下限值
F03.01:AI1下限對(duì)應(yīng)設(shè)定
F03.02:AI1 上限值
F03.03:AI1上限對(duì)應(yīng)設(shè)定
F03.04:AI1輸入濾波時(shí)間
F03.05:AI2下限值
F03.06:AI2下限對(duì)應(yīng)設(shè)定
F03.07:AI2 上限值
F03.08:AI2上限對(duì)應(yīng)設(shè)定
F03.09:AI2 輸入濾波時(shí)間
F03.17:AI1,AI2 輸入選擇
F04.04:繼電器1功能選擇(R1A-R1B-R1C)
F06.08:停機(jī)方式
F09.09:速度控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限源
F09.10:速度控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限數(shù)字設(shè)定
F12.39:加減速時(shí)間基準(zhǔn)頻率
F13.00:PID給定源
F13.01:鍵盤(pán)預(yù)置PID給定
F13.02:PID 反饋源
F13.03:PID 作用方向
F13.04:PID 給定反饋量程
F13.05:比例增益
F13.06:積分時(shí)間
F13.07:微分時(shí)間
F13.08:PID 反轉(zhuǎn)截止頻率
F13.09:PID 偏差極限
F13.10:PID 微分限幅
F13.11:PID 給定變化時(shí)間
F13.12:PID 反饋濾波時(shí)間
F13.13PID 輸出濾波時(shí)間
F16.00:通訊波特率波特率
F16.02:本機(jī)地址
安邦信變頻器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試記錄:
拉絲機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):
采用自定義V/F控制或失量控制低頻運(yùn)行時(shí)均可輸出足夠大力矩,滿足點(diǎn)動(dòng)穿模時(shí)足夠的力矩,點(diǎn)動(dòng)穿模更流暢。拉伸時(shí)經(jīng)由靜止、加速、低速運(yùn)行、減速、靜止等狀態(tài)下來(lái)回變動(dòng),響應(yīng)速度快,無(wú)顫動(dòng)現(xiàn)象,不出現(xiàn)斷絲或張力松弛。
在電路中省略了計(jì)米控制開(kāi)關(guān),當(dāng)收卷運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定的米數(shù)時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出停機(jī)命令,且觸摸屏報(bào)警提醒收卷、拉絲等電機(jī)停機(jī)。
一鍵參數(shù)自設(shè)定,使更換模具、跳卷或更換變頻器更容易,省略了逐臺(tái)參數(shù)整定繁瑣時(shí)間,大大減少出錯(cuò)的幾率;
自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)斷線信號(hào),即時(shí)斷線保護(hù);
滿足點(diǎn)動(dòng)穿線眼模時(shí)的各種工藝操作;
數(shù)字給定轉(zhuǎn)速信號(hào),運(yùn)行控制更為穩(wěn)定;
實(shí)時(shí)顯示張力控制狀態(tài),隨時(shí)明了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);
自動(dòng)定義定速機(jī)位置,滿足隨意跳卷的工藝需求,自動(dòng)計(jì)算各卷輥關(guān)聯(lián)參數(shù);
實(shí)時(shí)拉絲機(jī)顯示收卷線速度;
實(shí)時(shí)顯示各變頻器的運(yùn)行頻率、輸出電流;
自動(dòng)計(jì)算單次加工重量,累積加工重量;
滿足在運(yùn)行中隨意修改拉絲線速度大小的功能;
簡(jiǎn)化操作系統(tǒng),便于維護(hù),降低維修成本;
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況:
四、 結(jié)論
在拉絲機(jī)整個(gè)工作過(guò)程中,滿足保持張力恒定工藝要求,尤其是高速運(yùn)行及重盤(pán)收卷時(shí),對(duì)變頻器的加減速同步控制及減速停車(chē)時(shí)由于收卷輪的慣性的控制要求。
經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行,AMB拉絲機(jī)專(zhuān)用型變頻器采用張力桿反饋PID調(diào)節(jié)方式,可實(shí)現(xiàn)拉絲和卷取的恒張力控制,達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的目的,在加減速運(yùn)行、高速運(yùn)行、停車(chē)制動(dòng)過(guò)程中均滿足用戶工藝要求。
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