1、引言 

    對于大部分使用拉絲機的國內(nèi)金屬加工企業(yè)來說,，國產(chǎn)拉絲機械產(chǎn)品已經(jīng)能夠被接受替代國外高端的產(chǎn)品,，拉絲機械主要配套國外變頻器，主要原因有兩個,，一是國產(chǎn)變頻器技術(shù)在一段時間內(nèi)落后于國外變頻器廠家,，無論從控制算法的先進(jìn)性,，可實現(xiàn)性,，還是從硬件平臺的簡易性，穩(wěn)定性都有一定的差距。二是對于大部分國外拉絲機械設(shè)備生產(chǎn)商來說,，也傾向于配套國外變頻器和 PLC ,。國產(chǎn)變頻行業(yè)經(jīng)過 5 年的發(fā)展，已經(jīng)證明絕大部分性能已經(jīng)滿足現(xiàn)場需要,。針對拉絲機械配套市場,， 四方變頻器 C320 系列 配置先進(jìn)快速的 PID 控制算法，針對各種不同的拉絲機械,，均能夠?qū)崿F(xiàn)較為簡潔方便的拉絲機控制方式,。 

2、拉絲機工作分析 

    從產(chǎn)品終端來說,，拉絲機可以分為大拉機,，中拉機，小拉機,，微拉機,。而從拉絲機內(nèi)部控制方式和結(jié)構(gòu)來說，可以分為水箱式,，滑輪式,，直進(jìn)式等主要的幾種。對于不同要求,，不同精度規(guī)則的產(chǎn)品,，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機械,。對電線電纜生產(chǎn)企業(yè),，雙變頻控制的細(xì)拉機應(yīng)用比較廣泛，相對而言,，其要求的控制性能也較低,，而對大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對材料特性,，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高,，因此使用直進(jìn)式拉絲機較多，不同的拉絲機械,，其工作過程基本相同（如下圖）： 

    •  放線 : 金屬絲的放線速度,，對于整個拉絲機環(huán)節(jié)來說，其控制沒有過高精度要求,，對部分雙變頻控制的拉絲機械,，甚至可以通過拉絲環(huán)節(jié)的絲線張力通過一圓盤拉伸。對大部分拉絲機械,，放線的控制是通過變頻器驅(qū)動放線機實現(xiàn)的,。 

    •  拉絲 : 拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機最為重要的環(huán)節(jié),。不同金屬物料，不同的產(chǎn)品精度和要求,，拉絲環(huán)節(jié)有很大的不同,，雙變頻控制拉絲機拉絲部分與放線部分共用一臺電機，金屬絲通過內(nèi)部塔輪的導(dǎo)引,，經(jīng)過模具而逐步拉伸,。而直進(jìn)式拉絲機拉伸效率較高，對每一道拉絲工序,，都需要一臺電機帶動,，因此其控制也最為復(fù)雜。 

    •  收線 : 收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個拉絲機械的生產(chǎn)效率,，因此也是整個拉絲機工作的控制源,，一般通過一個主機 PLC 或人機操控系統(tǒng)直接控制的變頻器驅(qū)動收線機。 

3,、拉絲機械工作原理分析 

    雙變頻式拉絲機的控制流程如圖 1: 主控操作面板設(shè)定 PLC 輸出收線信號,，此信號通過 PLC 頻率修正后給定至收線控制 1# 變頻器，金屬制成品于收線端通過一安裝有張力傳感器的導(dǎo)輪,，輸出金屬絲張力信號,，作為拉絲收線張力信號反饋輸入到 1# 變頻器， 1# 變頻器通過內(nèi)置 PID 閉環(huán)控制,，決定輸出頻率,，此輸出頻率通過主控系統(tǒng)或者 PLC 綜合，輸出對 2# 拉絲環(huán)節(jié)控制電機的控制,，由于對產(chǎn)品精度和拉拔要求不高,，金屬絲在通過不同模具時的速度差異通過機械機構(gòu)實現(xiàn)，而不必要對每道拉拔都實現(xiàn)閉環(huán)控制,。 

    使用變頻器的典型直進(jìn)式系統(tǒng)控制如圖 2 ,，操作面板和 PLC 負(fù)責(zé)設(shè)定和監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，通過變頻器的各個設(shè)定端子,，直接進(jìn)行各個拉絲卷筒控制變頻器狀態(tài)共享,。收線卷筒電機的運行頻率通過主操控 PLC 輸出給定。收線電機的運行頻率,，直接決定了上一級 （5#） 電機的運行速度,，為了保證張力基本恒定以保證金屬產(chǎn)品的品質(zhì)，拉絲環(huán)節(jié) （1-5#） 電機的主控速度通過 PLC 綜合下一級電機的頻率給定,，單獨主頻率給定信號滿足不了產(chǎn)品生產(chǎn)要求,，容易造成斷線故障，因為在直進(jìn)式各個拉絲道中,，拉絲的效率較高,，各個卷筒間絲線張力很不一致,，致使各個拉絲卷筒間絲線半徑精度不高，為達(dá)到生產(chǎn)要求,，一般以本級電機張力傳感信號為頻率設(shè)定輔助信號反饋,，通過調(diào)節(jié)輥輸出的是角度信號,，角度信號經(jīng)過凸輪變成直線式位移信號,，位移傳感器檢測直線位移信號輸出 0 ～ 10 V 的電壓信號，此信號做為內(nèi)部 PID 的反饋信號,。 

    主控制信號控制變頻器時,，必須考慮機械慣性，按一定的斜率輸出,，即通過一頻率斜坡發(fā)生器產(chǎn)生變頻器主控制信號,。發(fā)生器的斜率可針對不同機械的特性而設(shè)定。輔助信號由內(nèi)置 PID 環(huán)節(jié)輸出,，它決定了當(dāng)前拉絲機的動態(tài)特性,，在整個信號給定中，當(dāng)輔助信號所占比例較大時,，轉(zhuǎn)速將出現(xiàn)大的振蕩而較難穩(wěn)定,，當(dāng)輔助信號占比例較小時，其控制跟隨速度較慢,。因此須在主控 PLC 或變頻器內(nèi)部對輔助頻率進(jìn)行限幅,，通過簡單的比例關(guān)系，設(shè)定主給定信號和拉絲機本身閉環(huán)給定信號的比例關(guān)系即可實現(xiàn),，對大部分拉絲機,，使其 PID 頻率限幅在 10% 左右。 

    拉絲機各個卷筒控制電機頻率主信號給定需要進(jìn)行修正和補償,，這是由于拉絲機工作特性決定的,。 根據(jù)金屬絲體積秒流量相等的原則，設(shè)上一級模具出線半徑為 A ,，線速度為 V A ,，經(jīng)過當(dāng)前級模具拉伸后半徑為 B ，速度為 V B ,，則變速比滿足下式： 

        V A / V B = B 2 /A 2 （ 公式 1） 

4,、四方 C320系列變頻器優(yōu)勢介紹 

    •  使用轉(zhuǎn)速和電流閉環(huán)的無傳感器矢量控制方式，快速的速度和轉(zhuǎn)矩閉環(huán),，減免了測速機構(gòu),，實現(xiàn)較高的控制精度和控制性能。 

    •  高性能的低頻轉(zhuǎn)矩特性,， 150% 的起動轉(zhuǎn)矩,， 100% 的零頻預(yù)勵磁輸出,。 

    •  先進(jìn)的內(nèi)置 PID 閉環(huán)控制算法，確保 PID 控制器性能達(dá)到最優(yōu),，最大限度方便客戶的 PID 控制器參數(shù)設(shè)置,。 

    •  高速的控制 CPU 內(nèi)核，保證了控制性能的快速性,，高達(dá) 100% 的直流制動力矩,，對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負(fù)載，保證了其快速的響應(yīng)特性,，確保拉絲機停機不斷線,。 

    •  完善的故障保護(hù)功能，最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進(jìn)行保護(hù),。 

5,、結(jié)束語 

    四方 C 系列變頻器 的高性能和完善的功能，使其在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,，對于部分 V/F 變頻器滿足不了的要求高場合,，其優(yōu)勢更為明顯。四方變頻器在拉絲機械上使用中,，免除了客戶端繁雜的外部設(shè)備,，內(nèi)置 PID 的調(diào)節(jié)方便簡練，即使故障停機狀態(tài),，也很少出現(xiàn)斷線,，節(jié)電效果明顯。