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              變頻器在倒立式拉絲機上的應用



                隨著汽車工業的快速發展,對汽車輪胎的需求也快速增長。同時,由于我國高等級公路的快速發展,汽車的運行速度也大大提高了,這就對汽車輪胎的質量提出了更高的要求。而鋼聯線作為輪胎的重要組成部分,對輪胎的強度起著重要作用。鋼聯線的質量直接影響著輪胎的質量、品質、等級。作為鋼聯線的主要生產設備倒立式拉絲機,應用也越來越多。早期的倒立式拉絲機,主要以進口為主,包括德國、意大利、韓國等地進口的拉絲機為主,這些系統有直流調速的,也有交流變頻調速的?,F在這些設備在一些大的鋼聯線生產廠還在應用。近年來,隨著國內機械加工能力的提高,以及自動化控制技術的發展,倒立式拉絲機已基本實現國產化。在江陰、靖江等地的幾家拉絲機生產廠,都已生產出交流變頻同步調速的倒立式拉絲機。在這些設備上,有的應用了進口的變頻器,如:Danfoss、ABB、以及日本宮川在無錫生產的Yolico等,有的也應用了國產的變頻器,如:匯川等。

                

                這個應用案例就是優利康(Yolico)變頻器在江陰生產的倒立式拉絲機上的配套案例。

                

                二、倒立式拉絲機工作原理簡介

                

                倒立式拉絲機是有多個拉拔頭組成的小型的連續生產設備,通過逐級拉拔,可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規格,所以工作效率比較高。但是,由于通過每一級的拉拔后,鋼絲的線徑發生了變化,所以每個拉拔頭工作線速度也應有變化。

                

                根據拉模配置的不同,各個拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準是每個時刻通過拉模的鋼絲的秒流量體積不變,即使以下公式成立:

                

                其中R:進線鋼絲的直徑

                

                V1:進線鋼絲的線速度

                

                r:出線鋼絲的直徑

                

                V2:出線鋼絲的線速度

                

                倒立式拉絲機的各個拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式,保證各個拉拔頭同步運行。但是,以上的說明是基于理想狀態的穩態工作過程,由于機械傳動的誤差以及機械傳動的間隙,還有在起動、加速、減速、停止等動態的工作過程中,各個拉拔頭就無法保持同步,所以,現在大多數的倒立式拉絲機上都有張力傳感器,動態測量各個拉拔頭間的鋼絲的張力,再把張力轉換成標準信號(0~20mA或0~10V),用這個標準信號反饋給調速變頻器,變頻器用這個信號作閉環PID過程控制,在主速度上疊加上PID計算的調整量,保持各個張力檢測點的張力恒定,也就保證了倒立式拉絲機工作在同步恒張力的工作狀態。

                

                根據以上的說明,倒立式拉絲機對變頻器的性能提出較高的要求。變頻器應具有以下的性能。

                

                1,低頻起動力矩大,過載能力強,速度精度高

                

                2,有內置PID功能,PID的參數豐富

                

                3,動態響應快

                

                所以,我們選用了優利康(Yolico)的高性能電流矢量變頻器作為倒立式拉絲機的驅動裝置,該變頻器在實際使用中也完全滿足了拉絲機的要求,響應快,起動力矩大,過載能力強,在矢量控制時速度控制精度達到0.2%(無PG),有內置PID,PID參數豐富,包括PID增益、限幅、偏置等等。

                

                三、配置及說明

                

                倒立式拉絲機的電氣系統配置如下圖所示,主要包括以下幾個部分:觸摸屏—西門子TP270,10′真彩,可編程控制器(PLC)—西門子S7-315-2DP,帶Profibus現場總線接口,變頻器—優利康(Yolico)的高性能電流矢量變頻器YD5000,內置PID,傳感器—圖爾克線性傳感器,0~10V,或4~20mA。觸摸屏與PLC通過MPI總線連接,PLC與變頻器之間通過Profibus現場總線連接,組成高速的現場總線網絡,數據的傳輸速率達到1.5M,極大地提高了變頻器的響應速度,提高了同步精度,基本上做到了正常工作時不斷絲。這對提高工作效率非常有效。

                

                整個系統的領航速度是由一臺拉拔變頻器決定的,再根據每道拉模的壓縮比與減速比,計算其它每個機臺的主給定速度,由于機械上的誤差和拉模的磨損,使得給定的參數與實際的數值有一定的差異,這個差異就通過張力臂來糾正。事實上,張力臂下面連接著一只位置傳感器,該傳感器測量出張力臂的轉動角度,輸出一個0~10V的模擬量信號給變頻器,變頻器再根據設定的位置值(一個相對與10V的百分比值),經過PID計算,在輸出頻率上疊加上一個糾偏量,消除上述的差異。

                

                系統中,觸模屏作為人機界面,起著人機接口的作用,每道拉模的壓縮比,就是通過觸模屏輸入的,并且,觸模屏還能存儲若干套不同的拉模參數,方便用戶快速選擇成套拉模參數,而不必每次都要輸入參數,方便了用戶,提高了效率。觸模屏還顯示工作中各道拉模的實際工作參數,包括電壓、電流、速度等等,在系統出現報警時,觸模屏上及時顯示系統故障的內容,方便用戶及時診斷,排除一些簡單的故障。觸模屏與PLC是通過MPI連接的,速率為:187.5K。

                

                PLC是整個系統的控制中心,控制著整個系統的工作流程。通過按鈕的操作,控制每個機臺的前聯動、后聯動、點動及整個系統點動、自動運行。根據觸模屏輸入的拉模壓縮比參數,計算每個機臺的同步速度,并通過Profibus總線傳輸給變頻器,由變頻器直接驅動機臺電機工作。PLC還通過Profibus總線,從變頻器中讀取變頻器的工作參數,對變頻器的各種工作異常作出處理,并及時通過觸模屏顯示。



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