康元电气CDE500变频器直进式拉丝机解决方案

工艺需求

• 穿模

• 拉丝

• 收线

• 排线

• 急停抱闸

系统解决方案

• 系统框图

• 系统组成

• 点动

• 收卷控制

产品特点

穿模

• 整机启动前，须手工将原材料前端打磨并逐级通过模具。现场一般是通过脚踏开关实现电机点动低速转动，同时采用工具将丝线从模具的前端牵拉到后端，通过模具后的丝线为了能够通过下一级模具，先要将其前端打磨或拉细，后才可以通过下一级模具。在这个工艺环节里，要求电机在启动和低速运行时力矩大且稳定，运行转速稳定，而且在减速停机时电机没有反转。

拉丝

• 手工完成穿模后就可以整机运行实现连续的拉伸了。直进式拉丝机通常是由多台电机控制，经过多个拉伸模具后一次性把原材料拉到所需线径大小的成品。在这个工艺环节里，要求电机响应速度快，线材张力恒定，张力平衡杆波动小，不断丝不松丝。

收卷

• 收卷部分由一台独立的电机驱动，经过拉伸后的成品需要同步地缠绕在工字轮上。随着缠绕在工字轮上的线材越来越厚，电机转速相应变慢。当收卷的厚度达到设定值时，系统提供自动检测停机功能。在整个工艺过程中，不管是启动加速、停机减速还是稳定恒速的情况下都要求收卷电机和前端电机运行的线速度同步，不断丝不松丝，要求收卷电机调速响应快，速度控制精确。

 排线

• 通常成品线材是层绕在工字轮上的，在工字轮的横轴上，线材应该一圈一圈平行紧密地排列。在这个工艺环节里，要求有一个排线装置来完成线材在横轴上端到下端往复的排列成品线材。排线装置来回往复的速度可以是定速也可以根据收卷电机的速度来控制。根据机械设计的要求，排线的实现有很多种方案，比如机械，变频等。

急停抱闸

• 设备运行过程中，若出现紧急情况，要求整个设备快速停下来。该工艺过程要求停机过程结束后丝线不会被拉断，这样才可以保证下次可以顺利启动。

• 设备运行过程中，若设备检测出断线或者其它故障，整个设备需要马上停止工作。设备外部可提供抱闸电路，由设备输出抱闸信号控制抱闸电路工作，以使得机器能快速停下来。当然也可以在变频器内部增加制动电阻来控制整机快速停止。

系统组成

• 系统由N台通用变频器和一台张力专用变频器组成。

• 每一台通用变频器控制一台独立的电机，线材通过不同的模具逐级拉伸。根据线材体积不变的原理，随着线材越拉越细，线材将会越变越长，这样就要求后端电机线速度要高于前端电机线速度。前一级电机的主频率来源于后一级电机，变频器可使用脉冲方式或者模拟电压方式传输当前电机运行的频率。

• 第N台电机以固定的频率运行，频率给定可以来源于通信RS485设定，外部电位器或者数字设定，第1~N-1台电机使用复合A+B频率运行的方式，主频率来源于后一级电机的运行频率，辅给定都是来源于气臂平衡杆PID控制。

系统组成

• 气臂主要用来感应线材张力，通过AI信号传入变频器，系统使用PID功能微调变频器速度。若张力过大，变频器将适当降低频率，若张力过小，变频器将适当增加频率。这样可以使得线材拉丝过程更加平稳，不会断丝松丝。

• 收卷电机由一台张力专用变频器控制，支持带张力摆杆的闭环调节模式和不带张力摆杆开环调节模式。

• 系统通过一个DI信号控制第N台电机的运行，而前一级电机的运行信号来源于后一级电机的运行状态，收卷电机的运行信号也是来源于第N台电机的运行状态。

• 每一台变频器都提供断线（故障）检测功能，若系统检测出断线会马上输出一个信号到抱闸电路，抱闸电路控制整机停止运行，同时该信号会以外部故障的状态传递给每一台变频器。断线检测的方式有PID反馈检测和DI信号输入。

点动

• 为实现手动穿模，系统支持点动功能。用户可以通过设置点动频率(E0.00)，点动加速时间(E0.01)和点动减速时间(E0.02)来实现穿模的速度。

• 现场通常使用端子来控制点动，用户通过设置X端子功能为正转点动或者反转点动即可。

• 点动停止的方式可以通过点动减速模式(E0.03)来控制。

收卷控制

• 系统收卷电机使用张力专用变频器控制，支持开环和闭环两种不同的控制模式。

• 开环控制模式

  • 收卷变频器没有接张力气臂平衡杆，必须使用张力控制模式，用户可通过键盘或者电位器设定线上张力。随着拉丝的进行，卷盘上的线材会越来越多，卷径变得越来越大，根据T(转矩)=F(张力)*R(卷盘半径)，若张力恒定，那么随着卷径的增大，转矩也需要相应的增大。

  • 系统提供自动卷径计算功能，可以根据前端线速度进行卷径计算，前端线速度是第N台电机的运行速度，它通过模拟电压或者是脉冲传递到收卷电机；系统也可以根据线材的厚度，层圈数，再根据电机转速(脉冲计数或者自身估算)计算累计圈数，以此算出卷盘的卷径。

  • 为了在启动，停止和加减速过程中更好的控制线上的张力，系统增加机械惯量补偿系数，摩擦补偿系数，材料密度等参数，以使得线上张力恒定。

• 闭环控制模式

  • 收卷变频器接有张力气臂平衡杆，系统可以使用张力控制模式，或者是VF/矢量控制。

  • 使用张力控制模式时，控制方式与之前开环张力模式类似，只是系统多了一个PID闭环进行张力微调，以保证线上张力更加平稳。

  • 若使用VF/矢量控制，系统可以根据线速度恒定原则进行卷径计算，V=f*PI*R，其中V是前端线速度，f是变频器参考频率，R是卷盘半径。同时张力气臂平衡杆接入变频器AI，通过PID进行闭环微调。随着卷径的变大，而其前端的线速度稳定的情况下，变频器的参考的频率是越变越小的。

• 当卷盘的卷径到达最大卷径时，系统可以设置变频器停机或者继续运行。

• 系统提供卷径复位功能，当用户换卷时，可以通过一个DI信号将当前卷径复位到空卷卷盘卷径。

产品特点

• 工作效率高，可一次将线材拉成成品。

• 低速点动穿模，运行速度稳定，力矩大。

• 同步响应速度快。

• 整个系统只需要一台张力专用变频器，其它的使用通用变频器即可，较大的缩减了成本。

• 张力专用变频器提供闭环张力控制和开环张力控制两种不同的控制方式。

• 提供卷径计算功能，使得卷线过程更加平稳，张力摆杆摆幅小，不断丝不松丝。

• 提供多种断线检测功能。

• 提供换卷卷径复位功能。

• 提供满卷停机功能。