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作者：深圳市興合實(shí)業(yè)有限公司 張東宇 王志榮
一、 目前拉絲控制的方式
目前國產(chǎn)的拉絲設(shè)備有大拉絲機(jī)、中拉絲機(jī)、細(xì)拉絲機(jī)三類，每一類拉絲機(jī)中根據(jù)線徑的不同又分為不同型號(hào)。大拉絲機(jī)和中拉絲機(jī)目前采用較多的依然是直流調(diào)速。但，近年來，隨著交流調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是高性能矢量控制變頻器的出現(xiàn)，交流調(diào)速性能已經(jīng)接近直流調(diào)速的性能，同時(shí)，由于交流調(diào)速的方便和實(shí)用，大拉絲機(jī)和中拉絲機(jī)目前已經(jīng)出現(xiàn)變頻化的趨勢。國產(chǎn)的細(xì)拉絲機(jī)主要是拷貝臺(tái)灣版本的細(xì)拉絲機(jī)，最初采用的是單變頻方式，也是目前生產(chǎn)量最大的細(xì)拉絲機(jī)。由于單變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)的滑差量太大，影響后工序---銅線漆包的質(zhì)量。對銅線要求比較高的場合，這種控制方式往往達(dá)不到用戶要求。于是雙變頻控制的、性能優(yōu)良的細(xì)拉絲機(jī)逐步占領(lǐng)市場。
目前雙變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)，主要是采用張力控制板+主驅(qū)動(dòng)變頻器+收卷變頻器。由于張力控制板只進(jìn)行張力擺桿的位置控制，在拉絲機(jī)的速度到2000m/min左右時(shí)，張力板的控制效果就不太理想，張力擺桿不停的在上下擺動(dòng)。擺桿的上下波動(dòng)，說明張力控制不穩(wěn)定，這樣，將不可避免地影響細(xì)銅線質(zhì)量，這也是目前眾多雙變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)普遍存在又難以解決的問題。
二、 艾默生TD3300張力控制專用變頻器功能簡介
艾默生TD3300系列變頻器是在其高性能變頻器TD3000系列的基礎(chǔ)上，針對張力控制行業(yè)推出的一種專用變頻器。艾默生TD3300系列變頻器整合了絕大多數(shù)張力控制器的功能特點(diǎn)，能夠取代目前的大部分張力控制器，節(jié)省用戶投資；其完善的功能，精確的控制，高可靠性，能夠滿足用戶各種要求；同時(shí)艾默生變頻器優(yōu)秀的電網(wǎng)適應(yīng)性和良好的售后服務(wù)，解決了用戶的后顧之憂。
艾默生TD3300張力專用變頻器具備如下專用功能：
1）備TD3000矢量變頻器的所有高性能；
2）可實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制和張力開環(huán)控制，滿足各種卷取控制要求；
3）多種卷徑計(jì)算功能，滿足不同場合；
4）多種線速度測量方式，方便用戶選用；
5）可以實(shí)現(xiàn)張力錐度的多種方式控制，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量；
6）具有拉絲機(jī)卷繞控制的特殊解決方案；
三、 張力變頻器TD3300在蓉勝公司的應(yīng)用
廣東蓉勝超微線材股份有限公司是目前亞洲最大的超微線生產(chǎn)基地。目前該廠有單變頻細(xì)拉絲機(jī)、雙變頻細(xì)拉絲機(jī)300多臺(tái)，由于中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，目前的產(chǎn)能已經(jīng)明顯不能滿足市場的需求。為了進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能，廣東蓉勝超微線材股份有限公司決定自主生產(chǎn)300臺(tái)不同型號(hào)的雙變頻控制的細(xì)拉絲機(jī)。
由于艾默生公司TD3300張力專用變頻器基本具備數(shù)種張力解決方案，廣東蓉勝公司決定采用艾默生公司的TD3300系列變頻器作為細(xì)拉絲機(jī)的收卷驅(qū)動(dòng)部分，由于主驅(qū)動(dòng)部分對變頻器沒有特殊要求，選用艾默生公司TD1000與TD2000系列通用變頻器作為系統(tǒng)的主驅(qū)動(dòng)部分。
另外，TD3300由于具備兩組PID參數(shù)可以設(shè)定，使兩組PID參數(shù)按照一定的函數(shù)關(guān)系隨著卷徑變化改變參數(shù)，完全克服了大卷徑響應(yīng)慢，小卷徑振蕩的問題。這是因?yàn)榇缶韽綍r(shí)，慣量會(huì)大大增加，需要更快的響應(yīng)速度，而小卷徑的時(shí)候，參數(shù)過大則容易出現(xiàn)振蕩。
同時(shí)，TD3300系列變頻器具備斷線（帶）自動(dòng)檢測功能，用戶完全可以不用安裝斷線開關(guān)（或接近開關(guān)），縮短了生產(chǎn)周期，同時(shí)節(jié)約了成本。
廣東蓉勝公司通過對深圳市興合實(shí)業(yè)有限公司以往在拉絲行業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)進(jìn)一步考察，決定：控制系統(tǒng)由艾默生能源系統(tǒng)有限公司變頻器代理商---深圳市興合實(shí)業(yè)有限公司與廣東蓉勝公司共同開發(fā)（增加蓉勝公司特有功能），機(jī)架由廣東蓉勝公司生產(chǎn)。
24模細(xì)拉絲機(jī)工作簡圖：
圖1：24模細(xì)拉絲機(jī)工作簡圖
四、雙變頻控制細(xì)拉絲機(jī)控制原理及接線圖
圖2：拉絲機(jī)工作主電路
圖3：主驅(qū)動(dòng)變頻器與收卷變頻器接線圖
圖4：PLC接線圖
控制方案：
張力閉環(huán)控制的速度模式：
υ=υ1×（D0/D）+Δυ
由帶（線）材的線速度和卷筒的卷徑實(shí)時(shí)計(jì)算出同步速度υ1×（D0/D），然后通過張力檢測裝置反饋的張力信號(hào)與張力設(shè)定值構(gòu)成PID閉環(huán)，調(diào)整變頻器的頻率指令。
υ為卷曲給定速度；υ1為主機(jī)實(shí)際輸出的線速度，利用主驅(qū)動(dòng)變頻器的模擬輸出按空卷時(shí)對應(yīng)的比例取得；D0為空筒卷徑；D為實(shí)際卷徑；Δυ為過程PID的輸出量，由變頻器內(nèi)置PID實(shí)現(xiàn)，反饋信號(hào)為張力擺桿（電位器）的輸出。
系統(tǒng)控制要求：
主驅(qū)動(dòng)用艾默生TD1000系列通用變頻器，采用模擬電壓給定速度的方式，加減速度時(shí)間設(shè)定均為50~70S，加減速度方式為S曲線加減速度。卷繞部分采用TD3300系列張力專用變頻器驅(qū)動(dòng)，要求銅線上張力恒定，張力擺桿保持在恒定位置，不能有明顯的波動(dòng)。
控制難點(diǎn)：
1） 末級(jí)銅線極細(xì)（0.02~0.05mm；0.05~0.1mm），極易拉斷，卷滿銅線的卷筒很重，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大。廣東蓉勝公司的卷筒比目前市場上普遍采用的卷筒直徑還要大，滿卷時(shí)，卷筒慣量明顯高于其他公司。所以對系統(tǒng)的快速響應(yīng)要求非常高。既要快速跟蹤主驅(qū)動(dòng)的速度變化，又要調(diào)節(jié)線上張力恒定，還不能有明顯的抖動(dòng)。
2 要求啟動(dòng)時(shí)要緩緩平穩(wěn)啟動(dòng)；正常停機(jī)時(shí)，同步要保持一致，而且不能斷線。
3）主驅(qū)動(dòng)部分與收卷部分的滑差控制在0.1%以內(nèi)。
五、系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)
1）線速度的同步。細(xì)拉絲機(jī)的工作速度非�？欤�2000m/m），僅僅依靠PID調(diào)節(jié)來控制，作用非常有限。采用艾默生TD3300變頻器的張力閉環(huán)速度模式，這種控制方式要求主拉引電機(jī)的線速度與收卷電機(jī)在空卷時(shí)刻（此時(shí)轉(zhuǎn)速最高）基本保持一致。這樣可以大大減少PID的調(diào)節(jié)量，對系統(tǒng)的高速穩(wěn)定非常有利。
2）張力擺桿的問題。對于拉絲機(jī)的使用廠家來說，對配重的理解僅僅認(rèn)為配重可以改變收線的松緊程度，對控制的影響認(rèn)識(shí)不足。但是，當(dāng)張力擺桿上配重比較輕時(shí)，開機(jī)的時(shí)候因?yàn)閿[桿在下限位置，此時(shí)主給定與PID共同作用使卷繞電機(jī)加速，銅絲張緊，擺桿上移比較快，移動(dòng)到平衡位置以上時(shí)，PID 運(yùn)算的結(jié)果使得卷繞電機(jī)減速，擺桿又下墜。這樣在啟動(dòng)過程中，擺桿將不易平衡。合適的配重對系統(tǒng)的正常運(yùn)行是極其重要的。而且生產(chǎn)不同的產(chǎn)品時(shí)，要移動(dòng)配重到合適的位置，以保證合適的張力。
3） 收卷變頻器的加減速。TD3300變頻器的加減速度時(shí)間設(shè)置的較小為好，最好不要大于3S，而且要配置剎車電阻。如果卷筒變化率比較小的話（滿卷與空卷比小于1.2），也可以不加剎車電阻，但要適當(dāng)延長加減速時(shí)間。
4） 關(guān)于PID。TD3300內(nèi)置兩套PID參數(shù)，兩組PID參數(shù)按照一定的函數(shù)隨著卷徑變化改變數(shù)，可以克服了大卷徑響應(yīng)慢，小卷徑振蕩的問題 。調(diào)試時(shí)，首先在空卷狀態(tài)下調(diào)試第一套PID參數(shù)，將第二套PID參數(shù)與第一套PID參數(shù)設(shè)置一致。第一套PID調(diào)試完成后調(diào)試第二套PID參數(shù)。調(diào)整第二套PID參數(shù)時(shí)，必須等卷筒接近滿卷時(shí)調(diào)試，直到滿卷時(shí)擺桿很穩(wěn)定為止。
六、結(jié)束語：
通過我司首期100余套的生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到了非常好的效果：
1，啟動(dòng)非常平穩(wěn)。完全擺脫了啟動(dòng)時(shí)需要人工扶擺桿的現(xiàn)象。
2，0.02~0.05mm銅線的線速度可以達(dá)到1200~1500m/min，0.05~0.1mm銅線的線速度可以達(dá)到2500 m/min（主要受機(jī)械傳動(dòng)的影響，否則可以速度進(jìn)一步提高）。
3，張力擺桿非常平穩(wěn)，幾乎達(dá)到紋絲不動(dòng)狀態(tài)。
4，拉絲過程中，滑差可以控制在0.1%以內(nèi)。
5，在生產(chǎn)過程中，可以任意直接停機(jī)、啟動(dòng)而不斷線，適用于生產(chǎn)過程的不同要求。
6，自動(dòng)檢測斷線，縮短生產(chǎn)周期和制造成本。
從運(yùn)行情況來看，總體效果非常理想，在拉絲行業(yè)或類似的張力控制行業(yè)，TD3300具有很好的推廣價(jià)值。
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