阿尔法ALPHA-6000系列变频器在拉丝机张力控制系统上的应用———

［编辑简介］：本文介绍采用阿尔法ALPHA-6000系列变频器实现的拉丝机恒张力控制系统。描述了工艺流程、工况、控制要求和方案的设计。给出控制原理图及参数设置信息。［摘要］：由于卷径的变化或者是其它因素导致收卷线速度变化，引起张力的变化，收卷变频器必须经PID运算后快速响应，使运转频率变化，线速度变化，从而使收卷张力重新回到原平衡状态。可以看出该控制系统的核心就是PID控制部分，其决定着系统的稳定性和快速响应能力。由于该控制系统是通过控制收卷线速度来间接控制收卷张力的，所以不论其收卷材质如何变化，该系统均能满足其控制需要。也就是说同一台机器调试好后，可满足不同规格的拉丝需要。［关键词］：变频器 拉丝机 张力控制系统
  一 拉丝机简介：
          拉丝机也被叫做拔丝机、拉线机、拔料机，是指在常温下通过拉伸模具对金属材料进行压力加工的一种机械设备，通过拉伸可以将线材加工成为所需要的各种规格的线材。
         从产品终端来说，拉丝机可以分为大拉机、中拉机、小拉机、微拉机；从拉丝机内部控制方式和机械结构来说，又可以分为水箱式、滑轮式、直进式等主要的几种。一般来讲大拉机的加工的线径在10mm以上，中拉机在1mm到10mm之间，小拉在0.1mm到1mm之间，小于0.1mm的为微拉。
  二.工艺流程：
   1. 放线： 金属丝放线，整个拉丝机环节来说，其控制没有过高精度要求，大部分拉丝机械，放线操作是变频器驱动放线架实现，但也有部分双变频控制拉丝机械，直接通过拉丝环节张力牵伸原料送进拉丝机，实现自由放线；本次所控制的拉丝机即为自由放线。
  2.拉丝：拉丝部由拉丝轮和模具固定架、模具组成，线材穿过模具后，在拉丝轮上绕卷，当拉丝轮和卷取轮运转时，卷取轮运转提供线材的牵引张力，在牵引张力作用下，线材通过拉丝轮卷绕使线材通过拉丝模具，使线材不断从粗到细。
  3.收线： 收线环节是整个系统最难控制部分，其始终要求收线张力恒定，常用控制技术有同步控制与张力控制实现金属制品收卷；
  三.所控制的拉丝机工况：
  1. 放线： 自由方式放线；
  2. 拉丝： 由一台45KW异步电动机驱动。经过5级模具，将6mm的铜线拉到1.2mm，采用水冷式。
  3. 收线： 由一台15KW异步电动机驱动，电机处于停止状态时，抱闸动作，收线装置不能再转动。
  4.张力反馈：在拉丝和收线环节中间有一张力浮辊，浮辊后端接有一单圈电位器，通过电位器来反馈浮辊位置，即达到检测张力的目的。
  四.控制要求：
  1、拉丝部分速度无级可调，启动转矩大，运行平稳。
  2、收线部分卷径从小到大变化时，始终要保证线速度恒定，从而保证线卷缠绕的松紧度合适。
  3、当检测到张力有所变化时，收卷要快速响应，以重新达到张力恒定状态。
  4、启动，停机时均保证平稳过度，并保证一定的张力，防止断线。
  5、断线时，停机时必须有信号通知抱闸动作，克服收卷的惯性，防止原来缠绕好的线散卷。
  6、穿线时，拉丝电机需要点动运行。
  五.电气控制：
       结合以上调速，张力控制要求，选用阿尔法公司ALPHA-6000系列产品，其启动转矩大，运行平稳，响应速度快，且内置PID调节，并有丰富的输入输出接口，完全满足需要。不需要PLC等其它控制元件，既降低了成本又使系统变的简单。其控制原理图如下：
  
  如图示，启动拉丝变频器，通过电位器给定频率，变频器运行后TA-TC闭合，
         从而启动收卷变频器；收卷变频器频率给定方式为AI2+PID组合频率给定方式，将拉丝变频器的模拟输出作为收卷变频器的模拟频率给定源，即给拉丝变频器一定的前馈频率，防止PID调节不能及时跟随拉丝变频器的频率变化；通过键盘数字设定PID给定值，然后通过R2，即张力浮辊上的电位器反馈后，经PID作用后决定PID运行频率，二者共同作用后决定收卷变频器的频率。开始运行，随着卷径的变化，收卷线速度变化，从而导致张力变化，反馈值变化，收卷变频器快速响应，使运转频率下降，线速度降低，使收卷重新回到原平衡状态。如果发生断线或其它需紧急停机的状况，按下操作台急停按钮，变频器立即自由停车，收卷变频器TA-TC闭合，控制机械抱闸动作，使收卷装置立即停止动作。
  六. 参数设置：
  拉丝变频器：P0.01=2 AI1输入频率 P0.04=1 端子控制运行
  P0.21=60 加速时间 P0.22=60 减速时间
  P3.02=8 点动 P3.03=13 自由停车
  收卷变频器：P0.01=9 PID给定频率 P0.02=3 AI2给定频率
  P0.04=1 端子控制运行 P0.03=2 频率来源为1+2
  P0.21=6 加速时间 P0.22=6 减速时间
  P7.00=0 PID数字给定 P7.01=0 AI1端子为反馈
  P7.02=4.8 PID给定值 P7.05=0.2 比例增益
  七.实际使用状况：
        目前该两台机器已投入生产使用2个多月，车速为1200m/min,速度比该公司其它机器效率提高近1/3。拉出来的成品铜线粗细均匀，表面光滑，说明系统运行稳定，张力大小控制合适；另在启动停止均能实现平稳过渡，已完全满足客户需求。
  八.总结；
          该机实际是一例典型的恒张力控制系统，当收卷卷径从小到大变化时，通过控制收卷的线速度始终处于同一速度，从而间接的控制了张力的恒定。
         从该例可以看出，由于卷径的变化或者是其它因素导致收卷线速度变化，引起张力的变化，收卷变频器必须经PID运算后快速响应，使运转频率变化，线速度变化，从而使收卷张力重新回到原平衡状态。可以看出该控制系统的核心就是PID控制部分，其决定着系统的稳定性和快速响应能力。由于该控制系统是通过控制收卷线速度来间接控制收卷张力的，所以不论其收卷材质如何变化，该系统均能满足其控制需要。也就是说同一台机器调试好后，可满足不同规格的拉丝需要。
         该控制方式，可应用于类似的收卷系统，如造纸，塑料薄膜，绕线等需要张力控制的行业，可视实际工况取代力矩电机做张力控制。