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一．引言
拉絲機(jī)是金屬線材加工中的重要設(shè)備，重要是將金屬線加工成各種規(guī)格細(xì)線，一般由放線，水冷，收線及排線等部分組成。其中，電氣傳動(dòng)部分主要由放線電機(jī)，收線電機(jī)及排線電機(jī)實(shí)現(xiàn)，其生產(chǎn)質(zhì)量和效率對(duì)于企業(yè)來(lái)講至關(guān)重要。一般來(lái)講，拉絲機(jī)可分為滑輪式，活套式，直線式三種。從產(chǎn)品終端來(lái)說(shuō)，拉絲機(jī)可以分為大拉機(jī)，中拉機(jī)，小拉機(jī)，微拉機(jī)。而從拉絲機(jī)內(nèi)部控制方式和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以分為水箱式，滑輪式，直進(jìn)式等主要的幾種。對(duì)于不同要求，不同精度規(guī)格的產(chǎn)品，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機(jī)械。對(duì)電線電纜生產(chǎn)企業(yè)，雙變頻控制的細(xì)拉機(jī)應(yīng)用比較廣泛，相對(duì)而言，其要求的控制性能也較低；而對(duì)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)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(jī)較多，不同的拉絲機(jī)械，其工作過(guò)程基本相同。
放線：金屬絲的放線速度，對(duì)于整個(gè)拉絲機(jī)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，其控制沒(méi)有過(guò)高精度要求，對(duì)部分雙變頻控制的拉絲機(jī)械，甚至可通過(guò)拉絲環(huán)節(jié)的絲線張力通過(guò)一圓盤拉伸。對(duì)大部分拉絲機(jī)械，放線的控制是通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)放線機(jī)實(shí)現(xiàn)的。
拉絲：拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機(jī)最重要的環(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)有很大不同，雙變頻控制拉絲機(jī)拉絲部分與放線部分共用一臺(tái)電機(jī)，金屬絲通過(guò)內(nèi)部塔輪的導(dǎo)引，經(jīng)過(guò)模具而逐步拉伸。而直進(jìn)式拉絲機(jī)拉伸效率較高，對(duì)每一道拉絲工序，都需要一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)，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(gè)拉絲機(jī)械的生產(chǎn)效率。
二，并列式連續(xù)拉絲機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹
并列式連續(xù)拉絲機(jī)是一種用于拉拔金屬線材的連續(xù)拉絲機(jī)，將組成一臺(tái)或兩臺(tái)連續(xù)拉絲機(jī)的所有單拉絲機(jī)按2-4列并排分布并以水平立形式同時(shí)安置在一個(gè)帶有垂直平面的機(jī)架上，將所有的模盒裝置也設(shè)在機(jī)架上并使之與水平面成一定夾角，產(chǎn)品具有占地少，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生和文明化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
以下以西安某公司生產(chǎn)的并列式拉絲機(jī)為例做簡(jiǎn)單介紹。
并列式連續(xù)拉絲機(jī)是平行排列成2-4列的直進(jìn)式連續(xù)拉絲機(jī)，其傳動(dòng)，潤(rùn)滑，冷卻及控制與直立直進(jìn)式拉絲機(jī)相同。
機(jī)器共有10個(gè)塔輪，1個(gè)牽引輪，1個(gè)收卷輪，11個(gè)模具，以及11根擺桿，最大進(jìn)線直徑2.4mm,最小出線直徑0.3mm，最高線速度2.5m/s。塔輪直徑均為250mm，牽引輪直徑為360mm,收卷輪最小直徑為280mm。原料線材通過(guò)11個(gè)模具的11級(jí)拉伸，變成需要線經(jīng)的成品線材。每個(gè)塔輪由1臺(tái)電機(jī)控制，牽引輪和收卷輪也分別由1臺(tái)電機(jī)控制。每臺(tái)塔輪配置擺桿一根，作為恒張力控制時(shí)使用。每臺(tái)電機(jī)都通過(guò)減速機(jī)與機(jī)械連接，減速比如表一（減速比G為負(fù)載側(cè)齒輪/電機(jī)側(cè)齒輪）。
三，臺(tái)達(dá)BW系列變頻器在并列式拉絲機(jī)上的應(yīng)用案例
1． 控制原理
并列式拉絲機(jī)的目的是為了保證在運(yùn)行過(guò)程中絲線的張力恒定。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和材料的不同，恒張力控制的方法一般分為兩種：1。直接控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；2，通過(guò)控制速度恒定來(lái)保證張力的恒定。通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，此機(jī)器采用第二種方法來(lái)控制：通過(guò)控制速度的方法來(lái)間接控制張力的恒定。
由于并列式拉絲機(jī)由11組牽伸機(jī)構(gòu)和1組收卷機(jī)構(gòu)組成，所以我們單獨(dú)對(duì)一組牽伸機(jī)構(gòu)和一組收卷機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行控制原理的分析。
(1) 以下為一組牽伸機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
在運(yùn)行過(guò)程中保證擺桿處于設(shè)定的平衡位置不出現(xiàn)波動(dòng)，就可以認(rèn)定牽伸過(guò)程中絲線上張力是恒定的。所以我們可以將其控制分為兩個(gè)過(guò)程來(lái)進(jìn)行：穩(wěn)定過(guò)程和自調(diào)節(jié)過(guò)程。
穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，我們將條件理想化（排除其他不穩(wěn)定因素影響），擺桿將停在設(shè)定的位置不出現(xiàn)波動(dòng)，塔輪只需按照計(jì)算的理論線速度運(yùn)行就可保證絲線張力恒定，此過(guò)程只需要知道每級(jí)牽伸機(jī)構(gòu)中塔輪的理論線速度即可。由于機(jī)械一旦制造完成，塔輪的直徑以及電機(jī)端的減速比就已經(jīng)確定，從塔輪的理論線速度就可計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速，也就是變頻器需要運(yùn)行的頻率。
在運(yùn)行過(guò)程中總是會(huì)出現(xiàn)很多不穩(wěn)定因素，例如絲線的打滑，機(jī)械摩擦力等原因，擺桿不可能固定不動(dòng)，于是就需要變頻器對(duì)擺桿的變化做出響應(yīng)，通過(guò)速度的變化來(lái)達(dá)到讓擺桿穩(wěn)定的目的，這就是自調(diào)節(jié)的過(guò)程。通過(guò)變頻器對(duì)擺桿信號(hào)進(jìn)行PID的運(yùn)算，就可以達(dá)到這個(gè)目的。
假設(shè)塔輪直徑為R，模具1直徑為R1，模具2直徑為R2，模具3直徑為R3，進(jìn)線直徑為R0，電機(jī)1減速齒輪比為G1，電機(jī)2減速齒輪比G2，變頻器1指令頻率為F1，變頻器2指令頻率為F2，塔輪1上的線速度為V1，塔輪2上線速度為V2，N為電機(jī)1轉(zhuǎn)速，S為電機(jī)1轉(zhuǎn)差率，P為電機(jī)1級(jí)對(duì)數(shù)，T為時(shí)間。G1定義為（負(fù)載側(cè)齒輪10-24/電機(jī)側(cè)齒輪10-23）。
牽伸機(jī)構(gòu)中，由于模具大小不一樣，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)模具的材料體積相等的前提條件，我們知道：
（這里為計(jì)算公式不做發(fā)表，可以來(lái)電詢問(wèn)）
通過(guò)以上①②公式，就可以計(jì)算出每一級(jí)牽伸的理論線速度和理論頻率。
（2）以上圖五為收卷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。、
收卷機(jī)構(gòu)的控制原理與牽伸機(jī)構(gòu)有兩點(diǎn)不同：1。收卷機(jī)構(gòu)與牽引機(jī)構(gòu)的線速度是統(tǒng)一的；2，收卷機(jī)構(gòu)中收卷棍的卷經(jīng)是會(huì)隨著電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)生變化的，牽伸機(jī)構(gòu)中的卷經(jīng)是固定的。所以對(duì)于控制收卷棍的變頻器，還需要將R的變化考慮進(jìn)去，時(shí)時(shí)更新R值。原理公式同上式②。
2，接線圖如下圖六所示
整個(gè)系統(tǒng)由12臺(tái)2.2KW電機(jī)構(gòu)成，每臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)2.2KWBW系列變頻器控制，其中AMD1-AMD10需要配置PG-03卡。張力控制由變頻器來(lái)定成，PLC只負(fù)責(zé)給定啟動(dòng)信號(hào)以及定成一些輔助動(dòng)作。
（1）牽伸機(jī)構(gòu)接線圖七如左所示
AMD11牽引變頻器中AV1為主調(diào)速信號(hào)，通過(guò)一個(gè)可調(diào)電位器接入；DFM為頻率數(shù)字輸出，對(duì)應(yīng)實(shí)際輸出頻率H（也可選擇對(duì)應(yīng)給定頻率F），作為實(shí)際線速度信號(hào)提供給AMD10變頻器。、
AMD10牽伸變頻器中AV1為擺桿信號(hào)，作為PID的反饋量進(jìn)行微調(diào)；PG03中-B接受上級(jí)發(fā)送的線速度信號(hào)作為理論頻率的計(jì)算基礎(chǔ)；DFM信號(hào)為實(shí)際線速度信號(hào)傳送給下一級(jí)。牽伸變頻器控制的塔輪直徑固定，通過(guò)參數(shù)設(shè)定。
FWD為運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)，統(tǒng)一由PLC給定；M16為1/2加減速信號(hào)，作為急停使用。
�。�2）收卷機(jī)構(gòu)接線圖如左圖八
AMD11牽引變頻器中AFM為模擬量輸出信號(hào)，對(duì)應(yīng)實(shí)際輸出頻率H 作為實(shí)際線速度信號(hào)提供給AMD12變頻器。AMD12收卷變頻器中AV1為擺桿信號(hào)，做為PID的反饋量；M11為卷經(jīng)復(fù)位開關(guān)，當(dāng)收卷棍換棍時(shí)需要進(jìn)行卷經(jīng)復(fù)位操作。由于收卷變頻器控制的收卷棍直徑會(huì)變化，所以需要打開卷經(jīng)自動(dòng)計(jì)算功能。BW系列變頻器能夠自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前卷經(jīng)。
3 重要參數(shù)設(shè)置說(shuō)明
（1）設(shè)置電機(jī)銘牌參數(shù)
由于對(duì)電機(jī)低速特性有要求，所以需要使用向量控制方式。調(diào)試時(shí)需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行自整定。
�。�2）設(shè)置機(jī)械齒輪比
按照機(jī)械實(shí)際情況填寫齒輪比
�。�3）計(jì)算理論線速度
由于本機(jī)器設(shè)計(jì)的最高線速度（牽引輪）為2.5m/s,根據(jù)公式計(jì)算，牽引變頻器工作在４７Ｈz就能夠滿足要求，于是將牽引變頻器的工作范圍定在０－５０Ｈz。有了這個(gè)基礎(chǔ)線速度，根據(jù)客戶提供的模具尺寸，就可以計(jì)算出每個(gè)塔輪上的理論線速度；根據(jù)理論線速度就可以計(jì)算出每臺(tái)變頻器的最高工作頻率。假設(shè)客戶按照下表二的模具尺寸數(shù)據(jù)來(lái)選用。
�。矗畢�(shù)設(shè)置列表如右表五
四，結(jié)論
經(jīng)過(guò)客戶長(zhǎng)期的實(shí)際拉絲運(yùn)行，整機(jī)已經(jīng)得到客戶認(rèn)可。通過(guò)與使用國(guó)外知名品牌元件的控制設(shè)備相比，在保證性能上一致的前提下，使用臺(tái)達(dá)變頻器的加工效率比其提高１／３，成本上也有大幅降低。
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