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易驱变频器在拉丝机上的应用

日期:2010年6月18日 11:25

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 一, 引言<br />
   随着汽车工业的快速发展,对汽车轮胎的需求也快速增长。同时,由于我国高等级公路的快速发展,汽车的运行速度也大大提高了,这就对汽车轮胎的质量提出了更高的要求。而钢联线作为轮胎的重要组成部分,对轮胎的强度起着重要作用。钢联线的质量直接影响着轮胎的质量、品质、等级。作为钢联线的主要生产设备直进式拉丝机,应用也越来越广泛。早期的直进式拉丝机,主要以进口为主,包括德国、意大利、韩国等地进口的拉丝机为主,这些系统有直流调速的,也有交流变频调速的。现在这些设备在一些大的钢联线生产厂还在应用。近年来,随着国内机械加工能力的提高,以及自动化控制技术的发展,直进式拉丝机已基本实现国产化。在江阴、靖江等地的几家拉丝机生产厂,都已生产出交流变频同步调速的直进式拉丝机。在这些设备上,有的应用了进口的变频器,如:Danfoss、ABB、以,有的也应用了国产的变频器,如:易驱等。<br />
 这个应用案例就是易驱ED5000变频器在江阴生产的直进式拉丝机上的配套案例。<br />
 二,直进式拉丝机工作原理简介<br />
   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。<br />
 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:<br />
 &pi;R2&times;V1= &pi;r2&times;V2<br />
 其中 R:进线钢丝的直径<br />
 V1:进线钢丝的线速度<br />
 r: 出线钢丝的直径<br />
 V2:出线钢丝的线速度<br />
 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,现在大多数的直进式拉丝机上都有张力传感器,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(0~20mA或0~10V),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。<br />
 根据以上的说明,直进式拉丝机对变频器的性能提出较高的要求。变频器应具有以下的性能。<br />
 1,低频起动力矩大,过载能力强,速度精度高<br />
 2,有内置PID功能,PID的参数丰富<br />
 3,动态响应快<br />
 所以,我们选用了ED5000高性能电流矢量变频器作为直进式拉丝机的驱动装置,该变频器在实际使用中也完全满足了拉丝机的要求,响应快,起动力矩大,过载能力强,在矢量控制时速度控制精度达到0.2%(无PG),有内置PID,PID参数丰富,包括PID增益、限幅、偏置等等。<br />
 三,配置及说明<br />
 直进式拉丝机的电气系统配置如下图所示,主要包括以下几个部分:触摸屏&mdash;西门子TP270,10&prime;真彩,可编程控制器(PLC)&mdash;西门子S7-315-2DP,带Profibus现场总线接口,变频器&mdash;易驱高性能电流矢量变频器ED5000,内置PID,传感器&mdash;图尔克线性传感器,0~10V,或4~20mA。触摸屏与PLC通过MPI总线连接,PLC与变频器之间通过Profibus现场总线连接,组成高速的现场总线网络,数据的传输速率达到1.5M,极大地提高了变频器的响应速度,提高了同步精度,基本上做到了正常工作时不断丝。这对提高工作效率非常有效。<br />
 系统的领航速度是由最后一台拉拔变频器决定的,再根据每道拉模的压缩比与减速比,计算其它每个机台的主给定速度,由于机械上的误差和拉模的磨损,使得给定的参数与实际的数值有一定的差异,这个差异就通过张力臂来纠正。事实上,张力臂下面连接着一只位置传感器,该传感器测量出张力臂的转动角度,输出一个0~10V的模拟量信号给变频器,变频器再根据设定的位置值(一个相对与10V的百分比值),经过PID计算,在输出频率上叠加上一个纠偏量,消除上述的差异。<br />
 系统中,触模屏作为人机界面,起着人机接口的作用,每道拉模的压缩比,就是通过触模屏输入的,并且,触模屏还能存储若干套不同的拉模参数,方便用户快速选择成套拉模参数,而不必每次都要输入参数,方便了用户,提高了效率。触模屏还显示工作中各道拉模的实际工作参数,包括电压、电流、速度等等,在系统出现报警时,触模屏上及时显示系统故障的内容,方便用户及时诊断,排除一些简单的故障。触模屏与PLC是通过MPI连接的,速率为:187.5K。<br />
 PLC是整个系统的控制中心,控制着整个系统的工作流程。通过按钮的操作,控制每个机台的前联动、后联动、点动及整个系统点动、自动运行。根据触模屏输入的拉模压缩比参数,计算每个机台的同步速度,并通过Profibus总线传输给变频器,由变频器直接驱动机台电机工作。PLC还通过Profibus总线,从变频器中读取变频器的工作参数,对变频器的各种工作异常作出处理,并及时通过触模屏显示。<br />
 四,结语<br />
 该变频器在直进式拉丝机上使用一段时间来,客户反映设备运行平稳,起动、停止、加速、减速平滑稳定,同步精度高,起动电流小,噪音低,已获得了最终使用客户的广泛认可。<br />
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