滑轮式拉丝机的直进式改造 

LZ-7/450拉丝机原为滑轮式，由于拉拔时工艺路线与机械速比不匹配使拉丝机拨杆转动，造成钢丝产生附加应力扭转性能不佳，不能适应市场的更高要求,故对拉丝机进行了直进式改造。原系统电机为三速电机,功率为7.5、10、11 kW，只用11 kW这一挡，对应转速为1460 r/min。 
1 改造后控制系统构成 
   本系统主要由变频器和PLC构成。一台变频器控制一台电机，模拟信号在变频器之间相互传递，在其内部经过运算变成所需要的控制信号。数字信号和操作命令输入PLC，由PLC控制变频器。 
   变频器采用富凌 11kw变频器。运用无传感器的矢量控制方式可以达到以下的优良控制性能：（1）免测速；（2）高性能的转矩特性；（3）对冲击负载具有快速响应特性；（4）0 Hz时仍然保持输出转矩，电机不摆动，不爬行；（5）在速度大于1Hz时具有很高的精度；（6）电机失步保护。 
PLC采用三菱FX2N系列PLC,主要完成工艺及操作上的继电动作。. 
各卷筒之间的速度差异由调节辊感知，通过一系列的信号变换后输入变频器，由变频器控制电机进行调节。 
   LZ―7/450拉丝机直进式改造后系统框图见图1： 


     
                                  
  
                       -----------        
                    
              
                                                           

图1  7/450拉丝机电气系统框图 
钢丝从前一卷筒出来经过调节辊、拉丝模到下一卷筒。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。位移传感器检测的电压信号，在变频器内部通过减法器，得到-5～+5 V的电压信号，这个信号输入PID控制单元进行运算。 
2 信号传递                      
速度给定信号采用从后向前传，以进线头为第一卷筒，成品丝第七卷筒。7#变频器的频率输出信号是6#变频器的频率给定信号，6#变频器的频率输出信号是5#变频器的频率给定信号，以此类推直至1#变频器。频率给定信号经过附加频率修正和斜坡函数发生器后与PID控制单元的输出信号叠加，成为6#变频器的频率总给定。功能框图见图2。 
                    
                                                 总给定值 

         
                                     
     
图2 变频器给定信号功能框图 
实践证明PID的输出限幅为6%～8%较为合适，也就是输出为±4 Hz，过大将造成电机转速不稳。这么小的参与量对于按机械速比排工艺是足够了，但它不能适应多种工艺的需要，更不能实现拉丝机在跳罐的状况下运行。根据拉拔时钢丝体积秒流量相等的原则，结合了我厂为了节约成本，减少人力物力资源，拉丝机的压缩率通常要比按机械速比时的压缩率偏高的实际情况，建立新的信号传递方式。以70#钢，进线φ3.3 mm，成品φ1.2 mm为例，各电机的频率见表1： 
表1    7/450拉丝机运行实例 
卷筒号 
频率/Hz    机械速比    实际工艺路线/mm    延伸率 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
         
50.12 
49.23 
44.60 
43.22 
41.94 
37.10 
32.80     
1.214 
1.228 
1.250 
1.247 
1.243 
1.239 
              1.21 
1.35 
1.55 
1.79 
2.06 
2.42 
2.85     
1.245 
1.318 
1.334 
1.324 
1.380 
1.387 
△Umax=37.10-32.80=4.30 Hz 
传统的信号给定方式为：U6IN =U7OUT+U其中：U7OUT是7#变频器的输出；U6IN是6#变频器的输入；U是PID控制单元的输出；△Umax已超出U的输出限幅范围。显然传统的信号传递方式不行。采用新的信号传递方式可以解决以上问题。 
如U6IN =K•U7OUT+U其中：K是比例系数，对于不同的工艺，易于找到合适的K，使各电机的转速基本匹配，剩下微小的转速差异已在PID控制单元的限幅之内，调节棍可自行调节。 
3 控制策略 
     变频器采用典型的速度、电流双闭环控制。由于没有测速单元，速度环的速度反馈并不是电动机的实际速度，而是在变频器内部建立电动机的数学模型，根据观测器模型计算出电机的速度，这个速度作为速度反馈参与控制。无传感器速度控制的控制性能取决于所采用的电动机数学模型的精度以及变频器测量数据的精度。因此必须正确向变频器输入电动机的铭牌数据，以及定子电阻等。变频器的双闭环功能框图见图3。 
频                                
频率设定值      速度控制器                  电流控制器 
                                                磁通转距 
                                   转矩电流 

                                                          
                                            iu   iv iw 
          实际频率                         实际输出频率 


               滑差频率                     速度自适应比例积分输出 
                                                                             
           图3 变频器双闭环功能框图 
根据Me=9565Pe/Ne 得出 Me 
式中：Me是电机的额定转矩；Pe是电机的功率；Ne是电机的额定转速。通常取电机的转矩限幅为1.5Me；取电机的转矩的最大转矩为2Me。 
4 改造效果 
    经过半年的运行，拉丝机运行可靠稳定，启动平稳，停车时钢丝保持一定张力，不松线，升降速平滑，最高速可以达到6.24 m/s，能够满足多种工艺的需要，达到改造的目的。本改造中控制线路简单，没有电路板，没有继电器，免维护；没有用上微机协调各变频器的速度设定和计算，只利用变频器功能实现，改造成本低廉，是拉丝机革新的好路子。