摘  要：本文主要介绍台达变频器在金属线材制造行业的应用。通过变频器完成恒张力控制的调试方法。

关键词：台达变频器 金属线材 恒张力控制 并列式连续拉丝机

1 引言

    拉丝机是金属线材加工中的重要设备，用于将金属原材加工成各种规格线材。拉丝机由放线、拉丝、水冷、收线及排线等部分组成，其中电气传动部份主要由放线电机，收线电机及排线电机实现，其生产质量和效率对于企业来讲至关重要。拉丝机可分为滑轮式、活套式、直线式三种。从产品终端来说，拉丝机可以分为大拉机，中拉机，小拉机，微拉机；而从拉丝机内部控制方式和结构来说，可以分为水箱式，滑轮式，直进式等主要的几种。对于不同要求，不同精度不同规格的产品，不同的金属种类，可选择不同规格的拉丝机械。对于铜铝基材的电线电缆生产企业，双变频控制的细拉机应用比较广泛，相对而言，其要求的控制性能也较低，而对于大部分钢丝生产企业，针对钢材特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多，不同的拉丝机械，其工作过程基本相同： 

    放线:l 金属丝的放线速度，对于整个拉丝机环节来说，其控制没有过高精度要求，对部分双变频控制的拉丝机械，甚至可以利用拉丝环节的丝线张力通过圆盘拉伸。对大部分拉丝机械，放线的控制是通过变频器驱动放线机实现的。

    拉丝:l 拉丝环节是拉丝机最为重要的环节。不同金属物料，不同的产品精度和要求，拉丝环节有很大的不同，双变频控制拉丝机拉丝部分与放线部分共用一台电机，金属丝通过内部塔轮的导引，经过模具而逐步拉伸。而直进式拉丝机拉伸效率较高，对每一道拉丝工序，都需要一台电机带动，因此其控制也最为复杂。

    收线:l 收线环节的工作速度决定了整个拉丝机械的生产效率。

2 并列式连续拉丝机结构

    并列式连续拉丝机是一种用于拉拔金属线材的直进式连续拉丝机，将组成一台或两台连续拉丝机的所有单拉丝机按２～４列并排分布并以水平形式同时安置在一个带有垂直平面的机架上，将所有的模盒装置也设在机架上并使之与水平面成一定夹角，产品具有占地少、有利于提高劳动生产率及实现卫生和文明化生产。

    本文以西安某公司生产的并列式拉丝机为设计案例。并列式连续拉丝机是平行排列成2-4列的直进式连续拉丝机，其传动、润滑、冷却及控制与直立直进式拉丝机相同。整机外观图示如图1所示。

图1 并列式拉丝机

    本机器共有10个塔轮，1个牵引轮，1个收卷轮，11个模具，以及11根摆杆，最大进线直径2.4mm，最小出线直径0.3mm，最高线速度2.5m/s。塔轮直径均为250mm，牵引轮直径为360mm，收卷轮最小直径为280mm。原料线材通过11个模具的11级拉伸，变成需要线径的成品线材。每个塔轮由1台电机控制，牵引轮和收卷轮也分别由1台电机控制。每台塔轮配置摆杆一根，作为恒张力控制时使用。每台电机都通过减速机与机械连接，减速比如下表1所示（减速比G为负载侧齿轮/电机侧齿轮）。整机结构示意图如图2所示。

图2 整机结构示意

图3 牵伸机构的结构

图4 牵引驱动参数

图5 收卷机构的结构示意

    3.2 台达BW系列变频器应用设计

    基于台达BW系列变频器的恒张力控制系统如图6所示。

图6 BW系列变频器恒张力控制系统

    整个系统由12台2.2kw电机构成，每台电机由一台2.2kw BW系列台达卷取工艺客制化专用变频器控制，由于台达BW系列变频器具有收放卷专用控制功能，不需要依靠PLC就能够完成恒张力控制，具有自动卷径计算以及PID自动调整功能，所以在此系统中能够独立完成对放卷动作的控制，其中变频器AMD1-AMD10需要配置PG-03卡完成速度检测及反馈闭环。张力控制由变频器来完成，台达BW系列变频器的AVI端子接受张力棍的张力输入信号，经过变频器内部的预设张力平衡参数比对计算，对张力误差做出放卷速度的独立张力实时控制。PLC只负责给定启动信号以及完成一些辅助动作。

    ⑴ 牵伸机构接线图7所示。

图 7 BW变频器恒张力牵引控制

    AMD11牵引变频器中AVI为主调速信号，通过一个可调电位器接入；DFM为频率数字输出，对应实际输出频率H（也可选择对应给定频率F），作为实际线速度信号提供给AMD10变频器。AMD10牵伸变频器中AVI为摆杆信号，做为PID的反馈量进行微调；PG03中-B接受上级发送的线速度信号作为理论频率的计算基础；DFM信号作为实际线速度信号传送给下一级。牵伸变频器控制的塔轮直径固定，通过参数设定。FWD为运转信号，统一由PLC给定；MI6为1/2加减速信号，作为急停时使用。

    ⑵ 收卷机构接线图八8所示。

图8 BW变频器恒张力收卷控制

    AMD11牵引变频器中AFM为模拟量输出信号，对应实际输出频率H，作为实际线速度信号提供给AMD12变频器。AMD12收卷变频器中AVI为摆杆信号，做为PID的反馈量；MI1为卷径复位开关，当收卷棍换棍时需要进行卷径复位操作。由于收卷变频器控制的收卷棍直径会变化，所以需要打开卷径自动计算功能。BW系列变频器能够自动计算当前卷径。

    3.3 台达BW张力控制变频器参数调试

    ⑴设置电机铭牌参数。由于对电机低速特性有要求，所以需要使用向量控制方式。调试时需要对电机进行自整定。

     ⑵设置机械齿轮比。按照机械实际情况填写齿轮比。

     ⑶计算理论线速度。由于本机器设计的最高线速度（牵引轮）为2.5m/s，根据公式计算，牵引变频器工作在47hz就能够满足要求，于是将牵引变频器的工作范围定在0-50hz。有了这个基础线速度，根据客户提供的模具尺寸，就可以计算出每个塔轮上的理论线速度；根据理论线速度就可以计算出每台变频器的最高工作频率。假设客户按照下表的模具尺寸数据来选用：

模具位置	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
直径（mm）	1.36	1.33	1.3	1.27	1.24	1.21	1.18	1.15	1.12	1.09	1.06

    则对应的每级牵伸的理论线速度如下表数据：

塔轮	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
线速度（m/s）	1.54	1.61	1.68	1.76	1.85	1.94	2.04	2.15	2.27	2.40	2.53

    对应电机的最高工作频率如下表数据：


    ⑷PID参数的设置。根据实际运行情况，测试出一组合适的PID参数填入到相关变频器中。

4 结束语

    经过在客户处长期的实际拉丝运行，整机已经得到客户的认可。通过与使用国外知名品牌元件的控制设备相比，在保证性能上一致的前提下，加工效率比其提高1/3，成本上也有大幅降低。

作者信息：

    王  浩  中达电通股份有限公司AMD产品处