直進(jìn)式拉絲機(jī)技術(shù)方案

關(guān)于LZ8-400直進(jìn)式拉絲機(jī)學(xué)術(shù)報(bào)告關(guān)于LZ8-400直進(jìn)式拉絲機(jī)學(xué)術(shù)報(bào)告時(shí)間：2002年10月報(bào)告人員：朱健前言在金屬制品德業(yè)中，直進(jìn)式拉絲機(jī)是一種重要的機(jī)械設(shè)備，以其拉拔效率高、工藝性能好、磨耗小等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。在電氣傳動(dòng)方面，由于拔絲工藝要求拉絲機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，能無級(jí)調(diào)速，低速時(shí)啟動(dòng)力矩大，過去始終接受直流拖動(dòng)。但直流電機(jī)拖動(dòng)由于生產(chǎn)環(huán)境特殊惡劣，使電機(jī)整流子磨損緊要、維護(hù)困難、故障率高，因此，近年來直流電機(jī)拖動(dòng)已被溝通變頻調(diào)速拖動(dòng)所代替。在電氣限制局部，由于拉絲機(jī)是一種多臺(tái)聯(lián)動(dòng)拖動(dòng)系統(tǒng)，各機(jī)臺(tái)在啟動(dòng)、停車以及運(yùn)行過程中同步的問題也是不行忽視的；在拉拔過程中，由于鋼絲抗拉強(qiáng)度、拉模的磨損等因素會(huì)造成電機(jī)力矩的變更，從而影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，須要自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，以保證每個(gè)轉(zhuǎn)筒之間的金屬絲秒流量相等，實(shí)現(xiàn)正常拉拔。一、設(shè)備概況本設(shè)備設(shè)計(jì)運(yùn)用的原料：冷拔鋼絲2.00~3.50mm，產(chǎn)品：0.5~1.50mm。本設(shè)備設(shè)計(jì)運(yùn)用放線架一個(gè)、八個(gè)卷筒〔機(jī)臺(tái)〕、七個(gè)張力輥、一個(gè)收線機(jī)組、及九個(gè)防護(hù)罩。卷筒接受風(fēng)冷和水冷，拉模接受水冷并前置潤(rùn)滑粉，在1#拉模和6#拉模處運(yùn)用旋轉(zhuǎn)模。收線機(jī)組包括收線機(jī)和收線張力架。在8#卷筒后設(shè)有縱矯直器、橫矯直器和計(jì)米器，在收線機(jī)前也設(shè)有縱、橫矯直器。2#~7#機(jī)臺(tái)都設(shè)有跳頭裝置。放線機(jī)接受從動(dòng)方式工作，收線機(jī)通過張力架限制轉(zhuǎn)速。在進(jìn)展拉拔時(shí)，鋼絲坯通過1#拉模到1#卷筒，經(jīng)1#張力輥，穿過2#模到2#卷筒，這樣依次穿絲，至到收線機(jī)。如有跳頭，那么在相應(yīng)的機(jī)臺(tái)運(yùn)用跳頭裝置。拉模的冷卻水接受低進(jìn)高出的方式，水的流量通過閥門的開度調(diào)整。卷筒的冷卻水由手動(dòng)閥限制，冷卻風(fēng)機(jī)供應(yīng)固定的冷卻風(fēng)。放線處設(shè)有亂絲和放線盡的檢測(cè)裝置，機(jī)臺(tái)上設(shè)有斷絲報(bào)警裝置。張力輥的張力通過氣壓調(diào)整大小。收線機(jī)組收線機(jī)組放線機(jī)放線機(jī)拉模轉(zhuǎn)筒電動(dòng)機(jī)張力輥拉模轉(zhuǎn)筒電動(dòng)機(jī)張力輥圖1-1直進(jìn)式拉絲機(jī)工藝流程圖1-1直進(jìn)式拉絲機(jī)工藝流程二、電氣設(shè)備本系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用西門子ＴＰ２７０－１０的作為人機(jī)界面，Ｓ７－３００的ＰＬＣ作為中心限制器，丹佛斯的ＶＬＴ５０００系列變頻器作為傳動(dòng)裝置。人機(jī)界面和ＰＬＣ之間接受西門子的ＭＰＩ網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式，ＰＬＣ和變頻器之間接受ＲＳ４８５通訊進(jìn)展數(shù)據(jù)交換。反應(yīng)信號(hào)由張力輥的張力大小供應(yīng)。在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)考慮到如下幾點(diǎn)：限制器限制屏限制器限制屏MPIMPIRS485RS485變頻器變頻器圖1-2電氣限制系統(tǒng)圖圖1-2電氣限制系統(tǒng)圖１．由于在鋼絲冷拔過程中，考慮到產(chǎn)品的質(zhì)量和系統(tǒng)的要求，選用了丹佛斯ＶＬＴ５０００系列的變頻器。丹佛斯為ＶＬＴ５０００系列開發(fā)了內(nèi)置的張力限制選件，它可以供應(yīng)帶前饋功能的高級(jí)ＰＩＤ過程限制。從整卷到芯的拆卷過程或反過來的卷繞過程，由于帶前饋功能的高級(jí)ＰＩＤ限制器的作用，可獲得穩(wěn)定的張力。即使在拼接〔換卷〕和緊急停車時(shí)，由于張力反應(yīng)補(bǔ)償了系統(tǒng)有慣性，仍具有穩(wěn)定的張力。由于零點(diǎn)位置是可調(diào)整的，所以調(diào)整輥位置可隨意設(shè)定。由于Ｄ增益極限，ＰＩＤ低通濾波器和ＰＩＤ調(diào)整范圍調(diào)整，降低了調(diào)整輥的搖擺幅度。由于可標(biāo)定的Ｐ增益，能夠適應(yīng)不同應(yīng)用的調(diào)整輥反應(yīng)。張力張力轉(zhuǎn)筒張力輥轉(zhuǎn)筒張力輥?zhàn)冾l器變頻器變頻器變頻器速度微調(diào)速度微調(diào)張力基準(zhǔn)張力基準(zhǔn)線速度基準(zhǔn)線速度基準(zhǔn)圖1-3張力限制系統(tǒng)示意圖圖1-3張力限制系統(tǒng)示意圖++PID正/反向基準(zhǔn)信號(hào)處理和標(biāo)定線速度基準(zhǔn)PID正/反向基準(zhǔn)信號(hào)處理和標(biāo)定線速度基準(zhǔn)++++調(diào)整輥零基準(zhǔn)PID限位器過程PID限制器調(diào)整輥零基準(zhǔn)PID限位器過程PID限制器PID偏差正/反向給定/反應(yīng)范圍增益比例給定/反應(yīng)范圍增益比例+調(diào)整輥反應(yīng)+調(diào)整輥反應(yīng)模擬〔反應(yīng)〕信號(hào)處理和標(biāo)定模擬〔反應(yīng)〕信號(hào)處理和標(biāo)定積分器?？乖浇绶e分器?？乖浇珙l率輸出頻率輸出斜坡及極限斜坡及極限圖1-4PID限制系統(tǒng)原理圖圖1-4PID限制系統(tǒng)原理圖張力限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成帶前饋功能的PID限制器，線速度給定信號(hào)是可標(biāo)定的，并且可選擇它是正向還是反向。給PID限制器的反應(yīng)信號(hào)是可標(biāo)定的，其極性亦是可選擇的。PID調(diào)整器允許限制D增益，PID調(diào)整器的低通濾波器使反應(yīng)的振動(dòng)得以衰減。在到達(dá)輸出頻率極限時(shí)，PID的抗超界功能將凍結(jié)積分器。PID的限位功能使得當(dāng)頻率超出限位范圍時(shí)，關(guān)閉PID調(diào)整器。比例增益范圍使P增益依靠于當(dāng)前的線速度。這些特征在具有多個(gè)調(diào)整輥的串聯(lián)系統(tǒng)中，以振動(dòng)衰減是相當(dāng)有用的。正因?yàn)閂LT5000變頻器擁有這些功能，故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程確定運(yùn)用它。在拉拔過程中，就很好的解決了在啟動(dòng)和停車時(shí)常常斷絲的現(xiàn)象，甚至在大多數(shù)快?！?秒內(nèi)停車〕的狀況下，也能很好的保證鋼絲不被拉斷。通過速度微調(diào)，可以有效的克制諸多外界的干擾因素使得轉(zhuǎn)筒間的金屬流量相等、速度平穩(wěn)，不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，也降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)用壽命。２．在生產(chǎn)過程中由于原料和產(chǎn)品的規(guī)格不斷發(fā)生變更，須要不斷調(diào)整變頻器的相關(guān)參數(shù)以適應(yīng)其變更。為了了解生產(chǎn)過程中各拉模的狀況，須要知道各變頻器的輸出功率、輸出頻率和輸出電流，故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中接受了經(jīng)濟(jì)管用的ＲＳ４８５通訊方式，完成人機(jī)界面和變頻器之間的數(shù)據(jù)交換。RS-485標(biāo)準(zhǔn)物理接口：數(shù)據(jù)的傳遞運(yùn)用電壓差信號(hào)。數(shù)據(jù)發(fā)送終端進(jìn)展數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，首先將數(shù)據(jù)的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)電纜上(浮地)的電壓信號(hào)(電壓差值為2V-6V)。數(shù)據(jù)接收終端再將電壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)。RS485通訊為半雙工通訊方式，電纜兩端必需連接終端電阻；其允許發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收負(fù)載，假設(shè)運(yùn)用中繼器，那么最多可帶126個(gè)從機(jī)。３．直進(jìn)式拉絲機(jī)是一種多臺(tái)聯(lián)動(dòng)拖動(dòng)系統(tǒng)。考慮到速度的調(diào)整便利，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)８＃卷筒的速度為主令速度，收線機(jī)的速度完全由張力架的張力大小確定同時(shí)跟隨８＃卷筒。１?！罚＞硗苍凇皢蝿?dòng)”位置不受張力臂限制，運(yùn)轉(zhuǎn)速度由各自的變頻器確定，處于聯(lián)動(dòng)位置時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度由張力臂確定，如遇跳頭那么由后一級(jí)的張力臂確定。在考慮同步問題時(shí)，那么是通過工藝要求進(jìn)展數(shù)學(xué)計(jì)算比例支配的方式解決的。例如；設(shè)拉拔直徑為φ3.15→φ2.87→φ2.62→φ2.39→φ2.18→φ1.98→φ1.81→φ1.65，并設(shè)最終一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n，那么1.651.6521.812N７＝N如機(jī)械傳動(dòng)比為１２.５n7=12.5*N71.1.8121.982N６＝N７如機(jī)械傳動(dòng)比為１５．２n7=15.2*N61.1.9822.182N５＝N６如機(jī)械傳動(dòng)比為１７.５n7=17.5*N5依此類推可以計(jì)算出第一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。再加上變頻器的一些特殊參數(shù)的設(shè)定和張力輥的反應(yīng)信號(hào)，就可以限制整套機(jī)組的同步工作，加上PLC的限制能實(shí)此時(shí)此刻啟動(dòng)、停頓以及運(yùn)行過程中自動(dòng)平穩(wěn)的加/減速〔幸免了因啟動(dòng)、停車和運(yùn)行中，由于速度的突變而引起速度的不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致鋼絲被拉斷〕。４．SIMATICS7-300可編程限制器是模塊化構(gòu)造設(shè)計(jì)。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)展廣泛組合以用于擴(kuò)展；強(qiáng)大的通訊網(wǎng)絡(luò)功能易于實(shí)現(xiàn)分布，并應(yīng)用靈敏；大范圍的各種功能模塊可以特殊好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)限制任務(wù)。其工具軟件也有著高速的指令處理、良好的人機(jī)界面、智能化的診斷功能、便利的編程手段以及多種編程方式等優(yōu)點(diǎn)，使得整套機(jī)組的操作更為便利，自動(dòng)化程度更高更好，維護(hù)更為簡(jiǎn)潔；運(yùn)行牢靠性穩(wěn)定性高。三、運(yùn)行效果此套直進(jìn)式拉絲機(jī)自開車以來，工作正常，節(jié)能效果明顯。其主要技術(shù)性能如下：１．最高拉拔速度為：14米/秒，調(diào)頻范圍為：０～１００ＨZ；２．成品直徑：０．５～１．８０mm；３．變頻器頻率分辯率：０．００１ＨZ；４．快停時(shí)間２秒以內(nèi)，正常停車：０．５～６０秒５．噪聲：<８０分貝依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果的狀況，總結(jié)如下：由于接受溝通電機(jī)，電機(jī)的故障率削減了；由于運(yùn)用變頻器調(diào)速，故障停機(jī)率削減了，運(yùn)行過程中的跳閘次數(shù)也削減了；由于接受變頻傳動(dòng)，電耗明顯降低了〔據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)為36.5%〕；接受變頻調(diào)速后，機(jī)組的啟動(dòng)、停車平穩(wěn)，張力勻整，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高；由于運(yùn)用了限制屏，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)潔，操作功能完善，運(yùn)用便利，運(yùn)行過程中加/減速平穩(wěn)。附錄A電氣限制系統(tǒng)硬件配置如下表所示：名稱及型號(hào)技術(shù)說明及參數(shù)限制觸摸屏TP27-10Color10”彩色觸摸屏〔STN〕PLC系統(tǒng)配置CPU31424K字節(jié)I/O可擴(kuò)展至512點(diǎn)SM32116點(diǎn)24VDC輸入(P型)輸入模塊32點(diǎn)24VDC輸入(P型)SM322輸出模塊16點(diǎn)24VDC輸出(0.5A)CP34xCP34x-1C，RS422/RS485接口變頻器類型VLT5000系列具有張力限制系統(tǒng)附錄B直進(jìn)式拉絲機(jī)系統(tǒng)限制原理圖附錄C參考資料1.《VLT5000操作說明書》丹佛斯公司編著2.《STEP7-C