優(yōu)利康(Yolico)通用電流矢量變頻器
YD5045在鋼聯(lián)線直進(jìn)式拉絲機(jī)的應(yīng)用案例


一，引言
隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車輪胎的需求也快速增長(zhǎng)。同時(shí)，由于我國(guó)高等級(jí)公路的快速發(fā)展，汽車的運(yùn)行速度也大大提高了，這就對(duì)汽車輪胎的質(zhì)量提出了更高的要求。而鋼聯(lián)線作為輪胎的重要組成部分，對(duì)輪胎的強(qiáng)度起著重要作用。鋼聯(lián)線的質(zhì)量直接影響著輪胎的質(zhì)量、品質(zhì)、等級(jí)。作為鋼聯(lián)線的主要生產(chǎn)設(shè)備直進(jìn)式拉絲機(jī)，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。早期的直進(jìn)式拉絲機(jī)，主要以進(jìn)口為主，包括德國(guó)、意大利、韓國(guó)等地進(jìn)口的拉絲機(jī)為主，這些系統(tǒng)有直流調(diào)速的，也有交流變頻調(diào)速的。現(xiàn)在這些設(shè)備在一些大的鋼聯(lián)線生產(chǎn)廠還在應(yīng)用。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)機(jī)械加工能力的提高，以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，直進(jìn)式拉絲機(jī)已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。在江陰、靖江等地的幾家拉絲機(jī)生產(chǎn)廠，都已生產(chǎn)出交流變頻同步調(diào)速的直進(jìn)式拉絲機(jī)。在這些設(shè)備上，有的應(yīng)用了進(jìn)口的變頻器，如：Danfoss、ABB、以及日本宮川在無(wú)錫生產(chǎn)的Yolico等，有的也應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)的變頻器，如：匯川等。
這個(gè)應(yīng)用案例就是優(yōu)利康(Yolico)變頻器在江陰生產(chǎn)的直進(jìn)式拉絲機(jī)上的配套案例。
二，直進(jìn)式拉絲機(jī)工作原理簡(jiǎn)介
直進(jìn)式拉絲機(jī)是有多個(gè)拉拔頭組成的小型的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)逐級(jí)拉拔，可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規(guī)格，所以工作效率比較高。但是，由于通過(guò)每一級(jí)的拉拔后，鋼絲的線徑發(fā)生了變化，所以每個(gè)拉拔頭工作線速度也應(yīng)有變化。

見圖（一）

根據(jù)拉模配置的不同，各個(gè)拉拔頭的拉拔速度也要變化。拉拔速度的基準(zhǔn)是每個(gè)時(shí)刻通過(guò)拉模的鋼絲的秒流量體積不變，即使以下公式成立：
πR2×V1= πr2×V2
其中 R：進(jìn)線鋼絲的直徑
V1：進(jìn)線鋼絲的線速度
r： 出線鋼絲的直徑
V2：出線鋼絲的線速度
直進(jìn)式拉絲機(jī)的各個(gè)拉拔頭的工作速度就是基于以上的公式，保證各個(gè)拉拔頭同步運(yùn)行。但是，以上的說(shuō)明是基于理想狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程，由于機(jī)械傳動(dòng)的誤差以及機(jī)械傳動(dòng)的間隙，還有在起動(dòng)、加速、減速、停止等動(dòng)態(tài)的工作過(guò)程中，各個(gè)拉拔頭就無(wú)法保持同步，所以，現(xiàn)在大多數(shù)的直進(jìn)式拉絲機(jī)上都有張力傳感器，動(dòng)態(tài)測(cè)量各個(gè)拉拔頭間的鋼絲的張力，再把張力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0~20mA或0~10V)，用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)反饋給調(diào)速變頻器，變頻器用這個(gè)信號(hào)作閉環(huán)PID過(guò)程控制，在主速度上疊加上PID計(jì)算的調(diào)整量，保持各個(gè)張力檢測(cè)點(diǎn)的張力恒定，也就保證了直進(jìn)式拉絲機(jī)工作在同步恒張力的工作狀態(tài)。
根據(jù)以上的說(shuō)明，直進(jìn)式拉絲機(jī)對(duì)變頻器的性能提出較高的要求。變頻器應(yīng)具有以下的性能。
1，低頻起動(dòng)力矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，速度精度高
2，有內(nèi)置PID功能，PID的參數(shù)豐富
3，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快
所以，我們選用了優(yōu)利康(Yolico)的高性能電流矢量變頻器作為直進(jìn)式拉絲機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，該變頻器在實(shí)際使用中也完全滿足了拉絲機(jī)的要求，響應(yīng)快，起動(dòng)力矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，在矢量控制時(shí)速度控制精度達(dá)到0.2%(無(wú)PG)，有內(nèi)置PID，PID參數(shù)豐富，包括PID增益、限幅、偏置等等。
三，配置及說(shuō)明
直進(jìn)式拉絲機(jī)的電氣系統(tǒng)配置如下圖所示，主要包括以下幾個(gè)部分：觸摸屏—西門子TP270，10′真彩，可編程控制器（PLC）—西門子S7-315-2DP，帶Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線接口，變頻器—優(yōu)利康(Yolico)的高性能電流矢量變頻器YD5000，內(nèi)置PID，傳感器—圖爾克線性傳感器，0～10V，或4～20mA。觸摸屏與PLC通過(guò)MPI總線連接，PLC與變頻器之間通過(guò)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線連接，組成高速的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)的傳輸速率達(dá)到1.5M，極大地提高了變頻器的響應(yīng)速度，提高了同步精度，基本上做到了正常工作時(shí)不斷絲。這對(duì)提高工作效率非常有效。
見圖（二）


整個(gè)系統(tǒng)的領(lǐng)航速度是由最后一臺(tái)拉拔變頻器決定的，再根據(jù)每道拉模的壓縮比與減速比，計(jì)算其它每個(gè)機(jī)臺(tái)的主給定速度，由于機(jī)械上的誤差和拉模的磨損，使得給定的參數(shù)與實(shí)際的數(shù)值有一定的差異，這個(gè)差異就通過(guò)張力臂來(lái)糾正。事實(shí)上，張力臂下面連接著一只位置傳感器，該傳感器測(cè)量出張力臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，輸出一個(gè)0～10V的模擬量信號(hào)給變頻器，變頻器再根據(jù)設(shè)定的位置值（一個(gè)相對(duì)與10V的百分比值），經(jīng)過(guò)PID計(jì)算，在輸出頻率上疊加上一個(gè)糾偏量，消除上述的差異。
系統(tǒng)中，觸模屏作為人機(jī)界面，起著人機(jī)接口的作用，每道拉模的壓縮比，就是通過(guò)觸模屏輸入的，并且，觸模屏還能存儲(chǔ)若干套不同的拉模參數(shù)，方便用戶快速選擇成套拉模參數(shù)，而不必每次都要輸入?yún)?shù)，方便了用戶，提高了效率。觸模屏還顯示工作中各道拉模的實(shí)際工作參數(shù)，包括電壓、電流、速度等等，在系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，觸模屏上及時(shí)顯示系統(tǒng)故障的內(nèi)容，方便用戶及時(shí)診斷，排除一些簡(jiǎn)單的故障。觸模屏與PLC是通過(guò)MPI連接的，速率為：187.5K。
PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。通過(guò)按鈕的操作，控制每個(gè)機(jī)臺(tái)的前聯(lián)動(dòng)、后聯(lián)動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)及整個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)觸模屏輸入的拉模壓縮比參數(shù)，計(jì)算每個(gè)機(jī)臺(tái)的同步速度，并通過(guò)Profibus總線傳輸給變頻器，由變頻器直接驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)電機(jī)工作。PLC還通過(guò)Profibus總線，從變頻器中讀取變頻器的工作參數(shù)，對(duì)變頻器的各種工作異常作出處理，并及時(shí)通過(guò)觸模屏顯示。
四，結(jié)語(yǔ)
該變頻器在直進(jìn)式拉絲機(jī)上使用一段時(shí)間來(lái)，客戶反映設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，起動(dòng)、停止、加速、減速平滑穩(wěn)定，同步精度高，起動(dòng)電流小，噪音低，已獲得了最終使用客戶的廣泛認(rèn)可。