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易驱变频器在金刚石绳锯机上的运用

日期:2013年5月6日 10:36

金刚石绳锯是用来做什么的:
       金刚石绳锯按照切割对象一般分为混凝土系、大理石系、花岗岩系、异性系等四个系列,主要起锯切作用,是锯的一种,理论上讲,如果配合足够的机械装置和足够长的金刚石绳锯,完全可以把地球切成平均的两半,因为绳锯上面的串珠里面含有的金刚石是自然界中硬度最高的物质,他能切削任何材料。
       混凝土系金刚石绳锯与传统锯片相比,他不受建筑物大小限制,可任意方向切割,如横切、竖向、对角线方向等等,摆脱了施工震动、噪音、灰尘及其他环境问题,效率极高,并且可以远距离控制进行水下切割;
       大理石系金刚石绳锯的用途目前非常广泛了,如今全世界大部分的大理石矿山均采用金刚石绳锯工艺进行开采,这种开采方法与传统的爆炸法相比,具有了质的飞跃,不但保护了环境,而且对资源的利用达到了最大限度的节约。目前我国仍然有部分稀有石材采用爆炸法开采,不但对环境造成了极大影响,而且对珍贵资源是一种很大的浪费。这种绳钜通常采用弹簧固定,在水平或竖直方向钻两个垂直的孔将绳子穿进去,然后用机械带动进行切割,可以根据实际需求来切割不同的大小,代表将来矿山开采的一种趋势。
       花岗岩系金刚石绳锯的用途类似大理石系金刚石绳锯,不过花岗岩系上面的金刚石串珠里面所含的金刚石品质要好,价格要高,所以成本也更高一些。目前在花岗岩矿山开采中也有越来越多的采用绳锯切割工艺,他能大大减少浪费,并且安全、效率更高,虽然购买成本较高,但是长期来看,综合成本要远远低于传统的爆炸法所产生的成本。
       异型系金刚石绳锯可以根据客户的特殊要求制定,主要是加工用金刚石锯片等其他锯切工具不能完成的锯切任务,一般是直径较大或体积较大的石材产品。
       由于绳锯的特殊性能,目前,在绳锯的基础上又发展出一种很有市场前景的新型工具,他是微型的绳锯,业内名称叫“金刚石线锯”,线锯的直径能做到0.2mm,他可以加工高精度电路板线槽,并且没有毛边,精度非常高,不受工件大小的限制。这是一种新型工具,将来在电路板、电器等行业将会发挥超乎想象的作用。

 

 


 

 

 一、概述                      
       绳锯机是一种石材矿山开采机械,用于开采花岗岩.大理石等石矿,采用一台主电机带动锯绳沿近似跑道型的轨迹运行,锯绳套在已经凿开缝的石头山上,一台移动电机经减速器带动整个锯床以一定的速度沿石头被锯开的方向向后移动,移动速度必须根据主电机的负荷状况和锯绳所需的张紧力适时进行调整.
       如果移动速度太快,主电机负载增大,甚至过载,锯绳承受的张力也会增大,如不及时调整速度就会绷断锯绳;反之如果移动速度太慢, 锯绳张力太小,锯绳会在石头上打滑,切割效率降低,并且松驰的锯绳还会打绞,以至绞断锯绳,所以在保证主电机负荷基本均匀和锯绳合适的张紧力下提高锯机切割效率是控制的关键,由于矿山形状的不规则性,横切面自然也时大时小,锯床移动速度必须相应调整.
       目前福建,河南,山东,广东云浮及湖南长沙等地都有生产,主机功率一般从11KW到55KW都有,以30KW, 37KW和45KW居多,大都采用PLC经电流互感器读取主机电流,然后根据切割过程电流的变化趋势输出0-10VDC来调整移动电机速度,变频器只作为执行机构.
       有两种电气配置:
       1)主机采用Y-△启动,只有移动电机采用变频控制, 目的是为了降低成本, 但必须外加电流互感器和PLC来

       进行控制负荷控制和移动电机的速度控制等,国内早期很多是这种配置,一次投资少,但能耗高,现在已很少

       采用.
       2)主机和移动电机都采用变频器控制, 也必须外加电流互感器PLC来进行控制负荷控制和移动电机的速

       度控制,还有断绳立即停机等保护动作.
       以上两种方案的缺点:
       1)、电流互感器和模拟量输入输出模块在矿山水,粉尘等恶劣环境下易损坏, 且配置较繁琐,接线多,故障

       点也多;
       2)、调试麻烦,必须要PLC编程人员参与,整机成本也较高。

 

二、易驱变频器的控制方案
       充分利用易驱矢量型变频器的独特功能:
       1、多功能模拟量输出和脉冲输出口可以直接监视电机运行电流,监视主机负荷无须另加电流互感器;
       2、具有灵活的频率源叠加方式,辅助频率源可以相对主频率源或最大频率调整;
       3、真正的电流矢量变频器,极好的低频力矩特性,0.5Hz即可满转矩输出;
       4、在速度控制模式下,采用电流矢量控制时,可对输出转矩进行调节;
       基于以上功能我们可以完全不用电流互感器和PLC即可完成绳锯机的控制,主电机的负荷和锯绳的张紧度是两个控制指标,能否合理利用电机输出功率是保证最大切割效率的关键,有两种方案可以达到控制要求,但从方案的简单易用性方面考虑,在满足控制要求的前提下,
       易驱方案:采用专用PID和AI1叠加控制方式:
       将主电机实际运行电流经模拟量AO1输出口给移动变频器AI2作为专用PID反馈值,PID作为主频率源;手动调节电位器经模拟量AI1端口给移动变频器作为辅助频率源,将两频率源叠加作为移动电机输出频率,即主频率源加辅助频率源,移动电机移动速度根据主机PID反馈值随时调节频率,保证主机电流恒定,主机转速可另外由电位器给定。
       方案优点:负载控制平稳,精确, 能根据切割面的变化,及时调整移动速度,系统波动小;

       (1)、绳锯机实物及易驱变频器在绳锯机上的运用:
 

 


 


 


      (2)、使用易驱变频器的绳锯机在现场使用的图片:


 

 

 


 
       (3)、电器控制柜接线图:


 

        (4)、参数设置表:

 

 

 

       主机在运行过程中,当主机的实际电流大于给定电流时,从机将停止向后运动,待主机实际电流小于给定电流后,从机开始向后运动,在此切割期间,从机的运动速度始终保持与主机给定电流PID平衡,从而达到平稳切割。
       主电机运行最大速度取决于金刚绳的质量,金刚绳质量好的话,主机的最大运行速度为49M/min,主机的给定电流起车时,给定的值为29A,在九江现场的主机给定电流最大为43A左右,主机最大运行速度为31M/min。


 


       (5)、绳锯机正确操作:
       起车操作:
       打开电源后,将手动和自动开关打到手动档,向任意方向打开从机运行方向开关,旋转从机运行频率旋钮,确认从机运行方向后(从机运行方向那边是退那边是进,后退是张紧金刚绳,前进时松懈金刚绳),需将从机调至金刚绳松懈状态适宜(松懈程度是当主机动盘转动时,不要让金刚绳从主机动盘上脱落),此时将从机运行方向选择开关打到中间位置,从机此时不运行,将主机运行频率旋钮调至最小频率,向任意方向打开主机运行方向选择开关,开始旋转主机运行频率旋钮递增主机运行频率,直至主机运行速度上限(根据金刚绳的质量定主机的最大运行速度,速度过大会让金刚绳断裂,现场的最大运动速度为31M/min),将自动或手动开关调至自动侧,将从机运行方向开关调至向后退的方向(拉紧金刚绳的方向),观察主电机的实际运行电流和给定电流此时是否一致,当达到一致或主机实际电流小于给定电流时,开始慢慢递增主机给定电流旋钮(以每3-5A为一个加载等级,例如:当时给定电流为29A时,慢慢递增主机给定电流至32-34A之间,每一次调整的跨度不要太大,根据金刚绳的质量来决定),直至主机最大工作电流加载到43A左右,这个数值是现场根据使用的金刚绳的质量来决定的最佳工作状态的一个给定电流,主机的运行速度以及给定电流最终取决于金刚绳的质量。
       停车操作:
       将从机运行方向选择开关打到中间档,然后将主机的运行方向选择开关打到中间档,按下停止或断电开关,完成停车操作。
四、结束语:
        以上方案已在长沙生产的串珠金刚石绳锯机上验证完全可以满足工况现场控制要求,目前已采用的方案,将他们原有方案大大简化,是一个性价比很高的方案,并且能够充分体现我司矢量变频器的低频力矩特性,值得推广。

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