關(guān)鍵詞 同步轉(zhuǎn)速控制； 轉(zhuǎn)矩控制；內(nèi)部閉環(huán)矢量控制；變頻器負載分擔功能。
1、引言
對于大部分使用拉絲機的國內(nèi)金屬加工企業(yè)來說，國產(chǎn)拉絲機械產(chǎn)品已經(jīng)能夠被接受替代國外高端的產(chǎn)品，拉絲機械主要配套國外變頻器，主要原因有兩個，一是國產(chǎn)變頻器技術(shù)在一段時間內(nèi)落后于國外變頻器廠家，無論從控制算法的先進性，可實現(xiàn)性，還是從硬件平臺的簡易性，穩(wěn)定性都有一定的差距。二是對于大部分國外拉絲機械設(shè)備生產(chǎn)商來說，也傾向于配套國外變頻器和PLC。針對拉絲機械配套市場，變頻器配置先進快速的PID控制算法，針對各種不同的拉絲機械，均能夠?qū)崿F(xiàn)較為簡潔方便的拉絲機控制方式。
2、拉絲機工作分析
從產(chǎn)品終端來說，拉絲機可以分為大拉機，中拉機，小拉機，微拉機。而從拉絲機內(nèi)部控制方式和結(jié)構(gòu)來說，可以分為水箱式，滑輪式，直進式等主要的幾種。對于不同要求，不同精度規(guī)則的產(chǎn)品，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機械。對電線電纜生產(chǎn)企業(yè)，雙變頻控制的細拉機應(yīng)用比較廣泛，相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進式拉絲機較多，不同的拉絲機械，其工作過程基本相同（如下圖）：
放線:金屬絲的放線速度，對于整個拉絲機環(huán)節(jié)來說，其控制沒有過高精度要求，對部分雙變頻控制的拉絲機械，甚至可以通過拉絲環(huán)節(jié)的絲線張力通過一圓盤拉伸。對大部分拉絲機械，放線的控制是通過變頻器驅(qū)動放線機實現(xiàn)的。
拉絲:拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機最為重要的環(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)有很大的不同，雙變頻控制拉絲機拉絲部分與放線部分共用一臺電機，金屬絲通過內(nèi)部塔輪的導引，經(jīng)過模具而逐步拉伸。而直進式拉絲機拉伸效率較高，對每一道拉絲工序，都需要一臺電機帶動，因此其控制也最為復雜。
收線:收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個拉絲機械的生產(chǎn)效率。
3、變頻控制拉絲機械工作原理分析
雙變頻式拉絲機的控制流程如圖1:主控操作面板設(shè)定輸出拉絲環(huán)節(jié)速度信號，拉絲環(huán)節(jié)變頻器按給定速度工作，由于對產(chǎn)品精度和拉拔要求不高，金屬絲在通過不同模具時的速度差異通過機械機構(gòu)實現(xiàn)，而不必要對每道拉拔都實現(xiàn)速度控制。金屬制成品在收線端通過一個位移傳感器傳感器，反饋卷徑的大小。反饋輸入到收卷變頻器，收卷變頻器將設(shè)定張力乘以卷徑系數(shù)，作為收卷張力，內(nèi)部閉環(huán)實現(xiàn)收卷恒張力控制。比起速度控制更直接?！?#61548;
使用變頻器的典型直進式系統(tǒng)控制如2，操作面板負責設(shè)定主動變頻器的速度和收卷變頻器的張力。主動變頻器將運行和速度信號給到下面的從動變頻器，從動變頻器將速度信號乘以設(shè)定的速度比例系數(shù)再乘以電機動態(tài)扭矩分擔系數(shù)，作為速度輸出。變頻器內(nèi)部閉環(huán)的PID速度控制，不需要外部反饋。實現(xiàn)真正的拉絲同步控制。收卷控制同上面雙變頻器控制，以恒定張力的控制模式完成收卷。下面詳細介紹變頻器開環(huán)拉絲同步控制原理
首先，談一下活套拉絲機采用開環(huán)調(diào)速的條件?；钐桌z機是一種常見的拉絲機械，拉拔效率高，工藝性好，磨損小等優(yōu)點得以廣泛應(yīng)用。其傳動要求是起停平穩(wěn)，能無級調(diào)速，低速時有足夠的力矩，各個滾筒之間速度同步。很長時間，技術(shù)人員都專注考慮活套閉環(huán)控制系統(tǒng)，活套的位置檢測難于取出，而且控制位置多，故障點自然多，可靠性自然降低。所以生產(chǎn)中有開環(huán)控制的需求。以上的傳動特點TMT變頻器完全滿足。0轉(zhuǎn)速可以提供100%轉(zhuǎn)矩的輸出能力大大的保證了低速時的力矩要求。隨負載突變，轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，保證了精確的轉(zhuǎn)速輸出（負載突變情況下，速度變化小于1%）。電子齒輪功能的主從控制模式，主機傳送給從機的數(shù)字速度指令是通過RS485協(xié)議通信的，避免了模擬量的誤差，從動變頻器只需設(shè)定與主機的速度比例，運轉(zhuǎn)指令和速度指令完全來自于主機保證了傳動的同步。下面分析，起停，運行中，同步控制各個滾筒的速度比。
根據(jù)各個拉絲孔，金屬秒流量恒定的原則，我們可以斷定
Vo/t=L/t*S (1)
Ve = L/t (2)
所以Ve1*S1= Ven*Sn (3)
Ven=Ve1*S1/Sn (4)
Ve=2πR*N (5)
Vo金屬體積；Ve線速度：L金屬長度；S拉絲孔面積；N滾筒單位時間轉(zhuǎn)數(shù)
R滾筒半徑；t時間；n 拉絲孔位數(shù)；
由（4）（5）式可得出
Nn=N1*S1/Sn (6)
從上式可以看出，電機轉(zhuǎn)數(shù)只與拉絲孔孔面積有關(guān)，而且啟動停止過程此公式依然正確，如果金屬的材質(zhì)，拉拔得摩擦系數(shù)等等，能夠相對穩(wěn)定，就可以保證速度同步，就不會出現(xiàn)斷絲和累積松套現(xiàn)象。
再看一下每一個拉絲滾筒的轉(zhuǎn)矩情況
Tc=P R (7)
Tc 電機轉(zhuǎn)矩 ； P 拉拔力 ； R 滾筒半徑
P=43.56d2 σp Kg
σp 拉拔抗拉強度，一般原料均勻性基本不變，可視為常數(shù)
Kg 鋼絲截面壓縮率系數(shù)，一般為0.0054—0.025
d 拉拔后鋼絲直徑，一般與?？啄p有關(guān)，磨損量在0.02mm/8小時，一般可以看成常數(shù)
可以看到電機轉(zhuǎn)矩基本不變，所以對于TMT Optidrive Plus 3GV 來說速度精度是可以滿足拉絲工藝要求的。
Optidrive Plus 3GV 變頻器特有的負載分擔功能，能更完美的的實現(xiàn)拉絲機的工藝要求。
在矢量控制速度模式下，參數(shù)P6-09提供了一個因負載轉(zhuǎn)矩變化的一個速度變化設(shè)定。依據(jù)電機負載條件，隨著負載的變化將給出速度的變化值，公式如下：
（1）
拉絲輥的轉(zhuǎn)矩=金屬變形需要的轉(zhuǎn)矩+上位張力機構(gòu)的拉力 （2）
因此，拉絲機的本位變頻器的速度是一個復合給定，除了上位變頻器給定的速度信號以外，速度還受本位變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩影響。假設(shè)拉絲孔處金屬變形所需要的轉(zhuǎn)矩不變，電機轉(zhuǎn)矩輸出的變化來自于上位拉絲電機的速度變化。如果上位速度減小則張力機構(gòu)張力增大，反之減小。因此可以斷定上位給絲的速度影響到本為電機的轉(zhuǎn)矩。本位變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩增大則速度會自動減低，輸出轉(zhuǎn)矩減小則速度增大。這種負載分擔的特有功能，保證了負載突變時的速度同步變化的跟隨速度，因此避免了斷絲松套發(fā)生。
綜合上面速度和轉(zhuǎn)矩的控制特點，實現(xiàn)開環(huán)拉絲控制是完全可能的?！?br/>4、 拉絲機使用變頻器優(yōu)勢介紹
使用轉(zhuǎn)速和電流閉環(huán)的無傳感器矢量控制方式，快速的速度和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，減免了測速機構(gòu)，實現(xiàn)較高的控制精度和控制性能。
高性能的低頻轉(zhuǎn)矩特性，150%的起動轉(zhuǎn)矩， 0Hz100%的轉(zhuǎn)矩輸出。
先進的內(nèi)置PID閉環(huán)控制算法，確保PID控制器性能達到最優(yōu)，最大限度方便客戶的PID控制器參數(shù)設(shè)置。
高速的控制CPU內(nèi)核，保證了控制性能的快速性，高達100%的直流制動力矩，對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負載，保證了其快速的響應(yīng)特性，確保拉絲機停機不斷線。
完善的故障保護功能，最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進行保護。
5、 結(jié)束語
Optidrive Plus 3GV變頻器的高性能和完善的功能，使其在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，對于部分V/F變頻器滿足不了的要求高場合，其優(yōu)勢更為明顯。變頻器在拉絲機械上使用中，免除了客戶端繁雜的外部設(shè)備，內(nèi)置PID的內(nèi)部閉環(huán)速度控制調(diào)節(jié)方便簡單，滿足工藝要求，節(jié)電效果明顯。
相關(guān)參數(shù)設(shè)定
主從同步速度控制參數(shù)設(shè)定
通過變頻器內(nèi)部的RJ11接口和光纖接口都可以實現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)通信連接，實現(xiàn)主從模式控制。
如果使用光學纖維通信，兩個變頻器之間光纜最長1米，最多一個主機兩個從機，從機光纜必須與主機相聯(lián)。
對于通過RS485數(shù)據(jù)聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò)，可以通過分線器順次相聯(lián),一個主機可以掛最多62臺從機. 485 電纜長度以能夠避免噪聲干擾為基本原則
下面詳細介紹參數(shù)設(shè)定，實現(xiàn)數(shù)字齒輪箱的功能
• 參數(shù)：
P2-27 變頻器通信地址
本參數(shù)定義變頻器的網(wǎng)絡(luò)地址，每一個變頻器在網(wǎng)絡(luò)中有唯一的地址數(shù)，具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址變頻器在同一網(wǎng)絡(luò)中運行會造成不可靠的運行狀態(tài)。
地址范圍 1 到 63.
任何網(wǎng)絡(luò)中，必須有地址1的變頻器。地址1的變頻器在網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的中的變頻器的同步運行具有特殊的功能。包括在PDAs或 Optiport+ options.通信中
網(wǎng)絡(luò)中的主變頻器網(wǎng)絡(luò)地址必須設(shè)定為1，其他從變頻器設(shè)定為大于1的地址。
P2-28 主/從模式選擇
本參數(shù)的設(shè)定要求變頻器地址1必須設(shè)定在網(wǎng)絡(luò)中，然后才可以選擇不同模式
一般的網(wǎng)絡(luò)中只有一個主變頻器，其他的都是從變頻器。
注意: 主變頻器地址必須是 1
P2-29從變頻器速度比率系數(shù)設(shè)定
本參數(shù)定義了從變頻器的比例系數(shù)，本系數(shù)乘以主機的速度就是本機的速度設(shè)定。
次參數(shù)只有在從機模式且P2-35 > 0時可以設(shè)定
本參數(shù)可以用于“數(shù)字齒輪箱功能”的應(yīng)用。例如, 一般的操作中，主機發(fā)送運行命令與主速度參考信息。如果用戶意圖主從變頻器之間速度按比例運行，此時本參數(shù)可以設(shè)為比例系數(shù)。
例如：如果主機速度為50Hz，用戶設(shè)定本參數(shù)為 50.0%, 那么從機運行速度將是25Hz, 而且從機將按固定比例隨主機速度變化。
注意：為了達到滿意地速度同步變化，從變頻器的加速時間(P1-03) 和減速時間(P1-04) 應(yīng)該與主變頻器一致。
P2-35 數(shù)字速度設(shè)定系數(shù)控制
此參數(shù)適用于主從模式控制的從機在面板控制模式時的參考速度比率控制。
當 P2-35 = 1, 變頻器的速度設(shè)定將以P2-29中的預(yù)置速度為基準。
當 P2-35 = 2, 雙極性模擬量輸入與速度設(shè)定相加修正速度設(shè)定。
最大模擬量輸入代表 P1-01的值.
速度設(shè)定= ( 數(shù)字速度設(shè)定<
