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一 引言
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)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(fā)展，汽車的運行速度也大大提高了，這就對汽車輪胎的質(zhì)量提出了更高的要求。而鋼聯(lián)線作為輪胎的重要組成部分，對輪胎的強(qiáng)度起著重要作用。鋼聯(lián)線的質(zhì)量直接影響著輪胎的質(zhì)量、品質(zhì)、等級。作為鋼聯(lián)線的主要生產(chǎn)設(shè)備直進(jìn)式拉絲機(jī)，應(yīng)用也越來越廣泛。早期的直進(jìn)式拉絲機(jī)，主要以進(jìn)口為主，包括德國、意大利、韓國等地進(jìn)口的拉絲機(jī)為主，這些系統(tǒng)有直流調(diào)速的，也有交流變頻調(diào)速的。現(xiàn)在這些設(shè)備在一些大的鋼聯(lián)線生產(chǎn)廠還在應(yīng)用。近年來，隨著國內(nèi)機(jī)械加工能力的提高，以及自動化控制技術(shù)的發(fā)展，直進(jìn)式拉絲機(jī)已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。在江陰、靖江等地的幾家拉絲機(jī)生產(chǎn)廠，都已生產(chǎn)出交流變頻同步調(diào)速的直進(jìn)式拉絲機(jī)。在這些設(shè)備上，有的應(yīng)用了進(jìn)口的變頻器，如：Danfoss、ABB、以，有的也應(yīng)用了國產(chǎn)的變頻器，如：易驅(qū)等。
這個應(yīng)用案例就是易驅(qū)ED5000變頻器在江陰生產(chǎn)的直進(jìn)式拉絲機(jī)上的配套案例。
二 直進(jìn)式拉絲機(jī)工作原理簡介
直進(jìn)式拉絲機(jī)是有多個拉拔頭組成的小型的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過逐級拉拔，可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規(guī)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(fā)生了變化，所以每個拉拔頭工作線速度也應(yīng)有變化。
根據(jù)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(zhǔn)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：
πR2×V1=πr2×V2
其中R：進(jìn)線鋼絲的直徑
V1：進(jìn)線鋼絲的線速度
r：出線鋼絲的直徑
V2：出線鋼絲的線速度
直進(jìn)式拉絲機(jī)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(tài)的穩(wěn)態(tài)工作過程，由于機(jī)械傳動的誤差以及機(jī)械傳動的間隙，還有在起動、加速、減速、停止等動態(tài)的工作過程中，各個拉拔頭就無法保持同步，所以，現(xiàn)在大多數(shù)的直進(jìn)式拉絲機(jī)上都有張力傳感器，動態(tài)測量各個拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(0~20mA或0~10V)，用這個標(biāo)準(zhǔn)信號反饋給調(diào)速變頻器，變頻器用這個信號作閉環(huán)PID過程控制，在主速度上疊加上PID計算的調(diào)整量，保持各個張力檢測點的張力恒定，也就保證了直進(jìn)式拉絲機(jī)工作在同步恒張力的工作狀態(tài)。
根據(jù)以上的說明，直進(jìn)式拉絲機(jī)對變頻器的性能提出較高的要求。變頻器應(yīng)具有以下的性能。
1，低頻起動力矩大，過載能力強(qiáng)，速度精度高
2，有內(nèi)置PID功能，PID的參數(shù)豐富
3，動態(tài)響應(yīng)快
所以，我們選用了ED5000高性能電流矢量變頻器作為直進(jìn)式拉絲機(jī)的驅(qū)動裝置，該變頻器在實際使用中也完全滿足了拉絲機(jī)的要求，響應(yīng)快，起動力矩大，過載能力強(qiáng)，在矢量控制時速度控制精度達(dá)到0.2%(無PG)，有內(nèi)置PID，PID參數(shù)豐富，包括PID增益、限幅、偏置等等。
三 配置及說明
直進(jìn)式拉絲機(jī)的電氣系統(tǒng)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(xiàn)場總線接口，變頻器—易驅(qū)高性能電流矢量變頻器ED5000，內(nèi)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(xiàn)場總線連接，組成高速的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)的傳輸速率達(dá)到1.5M，極大地提高了變頻器的響應(yīng)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。
系統(tǒng)的領(lǐng)航速度是由最后一臺拉拔變頻器決定的，再根據(jù)每道拉模的壓縮比與減速比，計算其它每個機(jī)臺的主給定速度，由于機(jī)械上的誤差和拉模的磨損，使得給定的參數(shù)與實際的數(shù)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(zhuǎn)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(jù)設(shè)定的位置值（一個相對與10V的百分比值），經(jīng)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(tǒng)中，觸模屏作為人機(jī)界面，起著人機(jī)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(shù)，方便用戶快速選擇成套拉模參數(shù)，而不必每次都要輸入?yún)?shù)，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(shù)，包括電壓、電流、速度等等，在系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，觸模屏上及時顯示系統(tǒng)故障的內(nèi)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(tǒng)的控制中心，控制著整個系統(tǒng)的工作流程。通過按鈕的操作，控制每個機(jī)臺的前聯(lián)動、后聯(lián)動、點動及整個系統(tǒng)點動、自動運行。根據(jù)觸模屏輸入的拉模壓縮比參數(shù)，計算每個機(jī)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(qū)動機(jī)臺電機(jī)工作。PLC還通過Profibus總線，從變頻器中讀取變頻器的工作參數(shù)，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。
四 結(jié)語
該變頻器在直進(jìn)式拉絲機(jī)上使用一段時間來，客戶反映設(shè)備運行平穩(wěn)，起動、停止、加速、減速平滑穩(wěn)定，同步精度高，起動電流小，噪音低，已獲得了最終使用客戶的廣泛認(rèn)可。 |
