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伟创变频器在直进式拉丝机上的成功应用
[正文]:当前被金属拉丝行业普遍推崇的代表着最先进的生产技术的设备，应该是直进式拉丝机了，直进式拉丝机可以减少金属丝的内应力，消除扭曲力矩。
在以后的深加工过程中塑性比较稳定，可加工性能良好，同时，生产加工制做速度可以任意设定。
生产过程中断线几率减小，提高生产效率。
所以它代表着拉丝机技术的高端。
山东济南，我们的一个机械设备制造客户，“xx机械设备公司”。
这个厂家是一个以直进式拉丝机生产制造为主要产品的厂家。
我们这次为这个厂家采用我们ac60-3t系列张力专用控制变频器设计了一套电气控制系统。
在我们没有给对方提供这套技术方案之前，xx公司一直从河南鹤壁市进口别人生产的直进式拉丝机电气控制柜。
这也同时表明了，在我们和类似于我们的产品技术没有登陆之前，直进式拉丝机的电器控制技术一直被一些高端的电气公司将技术控制着，不能有突破和发展。
当我们的控制技术出台后，直接惠及到拉丝机制造厂家。
使他们有了自己真正意义的直进式拉丝机电气控制技术。
以前的拉丝机控制技术，以直进式为代表的，在控制方式上，一直沿用：单位时间内，金属秒流量相等的控制原则，采用这个原则计算出一个大致精确的速度匹配控制。
然后，结合张力摆臂位置信号，在以上速度的基础上，结合pid控制进行微量调节。
所以说，以前的直进式拉丝机一直离不开触摸屏或者文本显示器。
原因就是plc需要知道模具的直径，用于计算运行速度。
并且，一旦更改了模具的孔径，必须重新更改参数设定值。
并且当要执行跳卷指令时，又要重新设置模具孔径和机械传动比值。
我们采用ac60-3t张力控制专用变频器，直接采样速度位置信号，逐级自动跟踪前台机台运行速度的控制方案，可以自动进行速度匹配，自动计算机械传动比。
一个完全自己适应运行要求的控制系统。
可以很好的解决当前直进式拉丝机电气控制技术存在的很多难题环节。
是一个备受推崇的成熟方案。
我们的方案大致需要外围硬件配置：（以8台机组为例）plc 1台、首选fx2n—64mrd/a 数字模拟量转换模块，1通道即可。
（也可以用电位计代替）触摸屏 文本显示器（也可以不采用，不影响控制精度）启动、停止 按钮脚踏点动开关、以每个机台４个的数量计算。
紧急停止按钮 若干个。
张力位置传感器，机台总数－１＝需要的数量。
电磁阀、以及张力汽缸，根据需要购置。
直进式拉丝机，在电气控制模式上，一般采用plc加触摸屏、加变频器控制模式。
使用变频器的典型直进式系统控制如下，操作面板和plc负责设定和监控各个环节的参数，通过变频器的各个设定端子，直接进行各个拉丝卷筒控制变频器状态共享。
收线卷筒电机的运行频率通过主操控plc输出给定。
收线电机的运行频率，直接决定了上一级电机的运行速度，为了保证张力基本恒定以保证金属产品的品质，拉丝环节电机的主控速度通过plc综合下一级电机的频率给定，单独主频率给定信号满足不了产品生产要求，容易造成断线故障，因为在直进式各个拉丝道中，拉丝的效率较高，各个卷筒间丝线张力很不一致，致使各个拉丝卷筒间丝线半径精度不高甚至造成断线，为达到生产要求，一般以本级电机张力传感信号为频率设定辅助信号反馈，通过调节辊输出的是角度信号，角度信号经过凸轮变成直线式位移信号，位移传感器检测直线位移信号输出0～10 v的电压信号，此信号做为内部pid的反馈信号。
主控制信号控制变频器时，必须考虑机械惯性，按一定的斜率生成速度模拟信号输出，即通过一频率斜坡发生器产生变频器主控制信号。
发生器的斜率可针对不同机械的特性而设定。
辅助信号由内置pid环节输出，它决定了当前拉丝机的动态特性，在整个信号给定中，当辅助信号所占比例较大时，转速将出现大的振荡而较难稳定，当辅助信号占比例较小时，其控制跟随速度较慢。
因此须在主控plc或变频器内部对辅助频率进行限幅，通过简单的比例关系，设定主给定信号和拉丝机本身闭环给定信号的比例关系即可实现，对大部分拉丝机，使其pid频率控制幅度限幅在10%左右。
拉丝机各个卷筒控制电机频率主信号给定需要进行修正和补偿，这是由于拉丝机工作特性决定的。
根据金属丝体积秒流量相等的原则，设上一级模具出线半径为r1，线速度为s，机械传动比为w1。
经过当前级模具拉伸后半径为r2，速度为s2，机械传动比为w2，则变速比满足下式： πr12*s1/w1=πr22*s2/w2经过以上公式直接计算出来的是当前逐级机台的基本前馈输入速度，通常为了保证机台的效率，厂家在设计制造拉丝机的时候已经将传动比例大致界定，实际各台机器运行的速度可以基本保持不变。
（±3hz）。
各个环节的配合主要如下：
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设计速度给定输出信号需要注意的问题： plc d/a 模块输出模拟速度信号给定时，一定要保证斜率生成的平滑，拐点部位要圆润。
从最小速度到最大速度的加速时间要保证15s以上，实际证实如果加速度s2时间小于15s，那么力矩收线电机将会出现速度跟踪不够的问题，如果是采用张力收线则可以避免以上情形发生。
斜率的生成要依赖plc完成。
如果是电位计给定速度信号，则必须是采用两个电位计，一个作为运行速度给定，一个作为点动速度给定。
并且尽可能选择多圈电位计。
并同时设定模拟量端口输入的滤波时间为30s。
并通过逻辑关系，将两个电位计的输出进行有选择性的分别切换输出。
同时注意点动给定的模拟量速度信号一定要配合各个机台的点动频率速度设定。
一旦整定好，需要固化。
例如，点动速度电位计的输出模拟信号转化为3hz频率信号，则所有的机台的数字设定点动频率都要设置为3hz。
紧急停止信号指令和复位信号指令可以并联所以机台信号，统一交由一个输出端口处理。
所有的反转rev指令也可以并联起来统一控制输出。
这样可以节约plc的输出点数。
每台变频器需要“5”路信号给定，1，运行信号。
2，点动正转信号。
3，点动反转信号。
4，基极封锁信号。
5，复位信号。
速度信号需要1路vs输入信号，反馈信号需要1路vf输入信号。
其工作原理是：根据操作工在面板设定决定作业的速度，该速度的模拟信号进入plc，plc考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。
这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。
plc输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的vs2输入端，作为频率的主给定信号。
各摆臂位置传感器的信号接入到对应的模道变频器作为pid控制的反馈信号。
根据摆臂在中间的位置，设定一个pid的给定值。
这个系统是非常典型的带前馈的pid控制系统，一级连一级，pid作为微调量与主给定作正负加减叠加求果来控制变频器的输出。
一般将出成品线的机台（最后）作为恒定速度运行，其余机台做张力控制运行。
这样的优点是方便通过线速度确定机台运行速度，同时高速度机台恒定速度运行可以保证稳定性。
动作逻辑的设计要求：首个机台和最后一个机台为“3”个脚踏信号输入，其分配关系为：点动正转、点动反转、后联机点动、（最后一个为前联机点动）中间机台为“4”个脚踏信号输入，其分配关系为：点动正转、点动反转、后联机点动、前联机点动。
为了保证点动穿线时张力受控，其逻辑关系应如下组合：1#机台变频器： 点动正转：闭合1#变频器的jog端子。
点动反转：同时闭合1#变频器的jog和f/r端子。
点动后联机：闭合最后一台变频器的jog端子，并同时闭合逐级前移序号机台的fwd端子。
（例如：最后机台为8#机台，需要配合的动作为：8#机台闭合jog、7#、6#、5#、4#、3#、2#、1#机台闭合run）2#机台变频器： 点动正转：闭合2#变频器的jog端子。
点动反转：同时闭合2#变频器的jog和rev端子。
点动后联机：闭合最后一台变频器的jog端子，并同时闭合逐级前移序号机台的fwd端子。
（例如：最后机台为8#机台，需要配合的动作为：8#机台闭合jog、7#、6#、5#、4#、3#、2#机台闭合fwd）点动前联机：闭合1#变频器的jog端子，并同时闭合2#变频器的fwd3#机台变频器： 点动正转：闭合3#变频器的jog端子。
点动反转：同时闭合3#变频器的jog和rev端子。
点动后联机：闭合最后一台变频器的jog端子，并同时闭合逐级前移序号机台的fwd端子。
（例如：最后机台为8#机台，需要配合的动作为：8#机台闭合jog、7#、6#、5#、4#、3#机台闭合run）点动前联机：闭合1#变频器的jog端子，并同时闭合2#、3#变频器的fwd。
以次类推，但凡是后点动联机，则由最后机台决定速度信号，前点动联机则由第一台机台决定运行速度，其余关联机台需要根据张力反馈信号决定运行速度。
执行正常运行指令．如果plc的速度生成斜率大于变频器的加减速度时间，则可以自行判断零速度抱闸刹车，如果plc的速度生成斜率小于或者等于变频器的加减速度时间，则完全有必要采样零速度信号来控制刹车，这样可以保证刹车无冲击，启停平滑不断线。
为了保证启动张力瞬间快速建立起来，需要精确设置初始前馈输入的缺省数值。
具体判断h-32的数值如下：先由将机台运行在低速度状态，此时大致调整各项参数，保证低速度张力稳定后，（先将h-32的数值统一设置为100）实时动态的读出每台变频器的h-32的自行整定后的数值，并记录下来。
（一定要保证张力大致稳定后，不超调动荡的前提下做这项工作）在停机状态将以上记录的数据各自减去“5”得出的结果值再输入进去，通过这样的处理，可以基本不依赖张力卷径的计算即可以实现启动瞬间张力稳定建立的功效，注意：读出h-32参数必须在低速度稳定运行状态进行，写入必须在停机状态进行。
有的时侯，如果传感器的范围效果不理想，我们设定卷径计算范围h-42的数值时，可以这样大致计算一下，传感器最大输出的数值减去“550”（通过反馈参数项可以直观查看）即为h-42的数值，将h-38的数值固化为“30”。
将h-42的数值再减去h-38的数值，得出的结果，均衡阶梯分配给h-39、h-40、h-41。
最好保证逐级倍率关系。
下面给出张力轮摆臂的大致示意图样：
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在运行中可以观察到两种摆动迹象，一是摆频、一是摆幅、如果摆幅过大，达到极限位置，则可以减小h-44和h-20的数值，也可以尝试加大h-19的数值，每次的最大增加单位为0.02。
如果摆动迹象好转，则可以再增加一个单位，不可随意一次加很多。
如果摆频过大，但是摆幅不撞限，则可以减小h-22的数值，也可以尝试减小h-19的数值。
看得见摆幅大，也可以通过拉大增益系数比例阶梯来控制，h-33为 “1” h-34为“3” h-35为“6”或者h-33为“1” h-34为“2” h-35为“4”，因为只有确定了h-33为“1”的数值后才可以确定判断h-34、h-35、 h-36、的数值是否合适。
所以h-33最好为“1”。
注意：电动机的极对数越大，减速比越大，增益值（h-50和h-19任意取一）相应需要越大。
不可一律设置统一参数，效果也许更好些。
（物理长度误差一致，摆幅位置一致，但是调节速度变化范围不一定一致）。
总之一定要搞清楚是增益补偿过大产生的摆动还是增益补偿过小产生的摆动，物理观察机台张力杆，当大的摆动产生后必须一个调节周期，即较大摆动一次就可以稳定下来为最佳控制状态。
观察变频器，可以看见对应的频率变化为±0.1hz左右波动为最佳。
控制原则是：尽量依赖张力摆杆的反馈值来抑制摆幅，（h-50和fh-19来配合在h-22时间范围内使误差变化尽量控制在h-38范围内）保证h-32不作大的变化，一旦稳定条件破坏，则h-32又可以快速调节补偿。
h-32的调节变化量和当前运行速度有关联，前馈速度vs2越高，h-32的变化引起的调整量越大，反之却越小，速度越高单位时间内积累形成的误差就越大，速度越低单位时间内积累形成的误差就越小，所以要兼顾全程的速度来整定。
根本还是要抑制速度变化误差范围在h-38- -h-39范围内。
下面给出张力摆杆的实际物理缓冲吸收长度：张力储能摆幅缓冲位置折合长度计算示意：条件：相邻两个卷筒的有效距离长度880毫米， 张力杆摆副有效行程距离180毫米（直线测定） 张力轮在两个卷筒直线距离的350毫米处 极限储能吸收总长度距离为394.69毫米+559.73毫米=954.42毫米 缓冲吸收长度为954.42毫米-880毫米=74.42毫米 其中左右行程距离各占吸收长度实际的74.42毫米÷2=37.21毫米 拉丝机卷筒的直径400毫米×3.14=1256毫米 35毫米÷1256毫米=0.027866转 电动机拖动的卷筒速度调节范围必须精确到在±0.027866转之间（卷筒速度）。
0.027866转×转减速比×电动机极对数÷60=频率（hz）。
举例减速比为1：30 电动机为4极（1500转）=2对极 ，则0.027866转×30×2÷60=0.027866hz变频器的输出频率必须精确控制在±0.027866hz范围之间。
由于是按照直线角度计算，受铁线材质硬度的影响（弧度），实际距离会小于37.21毫米≈35毫米，事实上由于两个卷筒都是趋向于匹配速度运行，那么动态误差将比理论值要小的多，我们推算的也只是禁止状态的静误差。
以上只是估算值，实际可能有些误差。
举例变频器参数设置折算公式如下： h-32=100 h-50=100=50hz h-45=000 h-19=010 其pid调节范围为50hz×h-19(0.10)=5 hz。
（h-45时间范围内适用） 其中正转调节量+2.5 hz 反转调节量-2.5 hz 如果调节量限不够那么可以设置h-50=100=50hz h-19=020 其pid调节范围为50hz×h-19(0.10)=10 hz（平滑启动时间范围内适用）其中正转调节量+5 hz 反转调节量-5 hz 以上只是在最高频率为 50hz的时候的计算量。
如果最高频率大于50hz 可以适当整定h-50的数值。
h-19和h-50是乘积关系。
这种控制模式得出的结果是微调范围精致，主前馈速度跟随特性比较好。
但是要取得更好的效果必须h-45=000可以保证平滑启动的跟随特性也一样线性度好。
附带有八台机组的控制电气图纸和参数设置：剩余的外围控制，每个厂家各不相同，没有统一的模式，也就不赘述了。
（图纸请用autocad 打开，）以上只是我本人的一点有限想法，仅供内部交流参考，实际也许出入很大，不可千篇一律以此为准。
切记！h-50可以限制，也可以不限制，如果有跳卷功能则完全没有必要限制，否则适得其反。
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