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PLC控制的变频调速直线式拉丝机电控系统

专利号：ZL03245785.5

该机使用PLC承担中心控制，变频调速器和异步交流电机为被控对象，交流变频调速器在PLC控制下可对异步交流电机进行平滑无级调速，实现了拉丝机工作过程中的多种动作与动能，利用感应式传感器检测各路拉丝过程中的张力大小，与各路调速信号叠加用于自动控制变频器的输出频率，用此种方法生产的PLC直线式拉丝机电控系统，经试用效果很好。
采用PLC工业可编程控制器实现各种开并逻辑组合，操作使用灵活、方便。
具有断丝保护，自动停机功能。
各拉丝头可独立启动、停止、调速、也可同时启动和停止。
在运行中可调节整机转速升和降，并在必要时可单独微调各头速度，使之与整机相匹配。
各头都有过载自动停机保护，无启动冲击电流，不会对电网造成负载电压波动，且电流、电压可随时观察。

PLC 控制的变频调速直线式拉丝机电控系统使用说明书

一、概述 :

直进式拉丝机是目前较先进且有发展前途的拉丝设备，其传统的电控系统以直流电机拖动，继电器 . 接触器控制为基础，无任何过程控制环节，生产效率低 . 经济效率差；由于直流电机整流子磨损严重，使得设备损毁率高，维护工作繁重。为了克服上述缺点，本工司在原有变频调速集线式拉丝机的基础上，开发了 PLC 控制的变频调速直线式拉丝机电控系统。该系统是我公司科研人员经多次试验，以精心设计 . 简化结构 . 降低成本的设计思想最心新推出的机电一体化高科技产品。

该机使用 PLC 承担中心控制，变频调速器和异步交流电机为被控对象。用 PLC 代替传统的复杂继电逻辑和开关量控制，使整机电器电路大为简化，因此本机故障率低，使用寿命长：交流变频调速器在 PLC 控制下可对通用异步交流电机进 , 行平滑无级调速。实现了拉丝机工作过程中的多种动作与功能。

利用感应式传感器检测各路拉丝过程中的张力大小，与各路调速信号叠加用于自动控制变频器的输出频率，用此种方法生产的 PLC 自线式拉丝机电控系统，经试用效果很好：它克服了集线式拉丝机在拉拔过程中存在有不规则的旋转扭力，这种不规则的内应扭力经多级校直处理后，仍不尽人意，因而直接影响了丝的质量，在产品升级换代时更显得力不从心。本直线式拉丝机电控系统的研制成功，给国内使用与生产拉丝机行业的技术改造和新产品开发闯出了一条新路，尤其是焊丝行业，不但在工艺上得到了保证，与以往的直线式拉丝机相比，成本大为下降，虽然出丝速度最高可达 600 米 / 分，根据国内钢材及相关材料的水平来看，本速度完全可以满足工艺要求，适合中国国情，是拉丝机行业的首选机型。

二、工作原理 :

本直线式拉丝机是利用传统的集线式拉丝机作为改造对象，在各级拉丝模前安装了感应式张力检测装置，配合汽缸的动作来精确地控制电机转速。

本文以 6/400 直线式拉丝机为例对该机控制原理加以阐述。 6/400 直拉式变频调速直动控制系统如图一所示。其中 PLC 采用日本三菱公司的小型机做为控制系统核心，用 6 台变频器分别控制 6 台交流电动机，将感应式传感器用于 5 个卷筒拉拔丝的张力涉取装置。

在充分分析了拉丝机工艺的基础上，着中考虑了以下几个方面对系统的影响：

1. 影响拉拔关系的因素很多，有工艺上的，也有电气上的，由于磨损，模具的出口直径会随时间而变大，拉拔卷筒上也可能出现凹槽磨损，这就意味着拉拔力和拉拔关系的变化。

2. 拉丝机启动时，拉拔力较大，随着速度的逐渐增加拉拔力迅速减小，在达到一定的转速后，拉拔力便只有微小增加。

3. 原料进丝时，本身会有一些缺陷，表面处理不完全等，这些都将影响拉丝机的稳定性。

4. 电机的转差率会由于负载的变化而变化。

5. 拉丝过程中最重要的被控量是丝的张力，而断丝和积线是张力变化的两种极端情况，所以只要保证张力在某一范围内变化，就可保证拉丝机的稳定运行。

为保证拉拔过程中不出现脱套 . 断丝现象，对相邻两卷筒间要做以下分析，见图二。

考虑主动卷筒 1 带动被动卷筒 2 运行，假设要使两筒之间配工作，一是要减小动电机频率给定值。二是增加被动电机频率给定值，才能使两卷筒达到平衡点，这个平衡点是在 F2 与 F1 之间的某个范围内动态平衡下工作的。那么我们就可以得出下面的基本控制方案：即实时地监测各级张力的参数，由各级处理器对两级参数处了理后，去实时动态地控制变频器的参数，从而达到控制电机转速的目的。

在具体实施方案的过程中，首先要测得张力的值，在不考虑卷筒的磨损时，可以认为转矩和张力成线性比例关系。

当我们有传感器测得张力后，可与调速基准值进行比较，调校出最佳张力参比量，张力参比量过大工作不稳定，参比量过小，容易断丝，那么由处理器对张力信号与基准信号进行闭环处理后，便可对变频器进行实时调速。

从调试结果看，我们的方案是正确的，系统能够运行在一个稳定状态，而对系统的简化使整体结构简单，故障少，参比量与基准量的闭环处理是保证系统稳定工作的关键。

三、操作方法 :

1•  各调速钮基本定好位后，（频率设定）用总调速钮将 1 号筒频率下调至 6HZ.

2•  把各路打向手动状态。

3•  把各路设定为点动。

4•  从壹头开始点动上丝，当壹筒上丝 10 ～ 12 圈时，停机从壹筒下丝 3 ～ 4 圈 , 去给贰筒上丝，注意贰筒上丝时要把丝拉紧，不要在松丝状态下点动贰路。（因点动贰筒上丝时壹筒同时转动），上丝 10 ～ 12 圈时停机，按以上方法给三筒点动上丝。筒七上丝量要够给收丝机挂丝剩十圈。

5•  各筒点动上丝完成后，把各路点动开关恢复运行状态。

6•  把总调速旋钮设置在 3 ～ 5HZ 左右，手动与自动总开关设在手动状态。

7•  将收丝机开启，给收丝机挂上丝，调试收丝机使之在预拉紧状态。

8•  按第七路启动键，这时整机全部慢启动，至 3 ～ 5HZ ，观察各路张力大小，应在 200 ～ 400 之间，如有超范围时，细调各路手动微调电位器至要求数值。然后调总调速电位器使各路 HZ 上升 5HZ 左右，再观察细调各路张力，再提总速 5HZ 左右，再观察各路张力，细调各路张力后，再总提速 5HZ 左右，依次类推，至到某一路升至 48HZ 左右即停（缓速状态）

9•  在满速稳定工作状态下，调整速电位器使之依次下降 5HZ ，观察张力变化，直至停机。

四、功能与性能指标

功能：

1• 在 PLC 控制下，实现由交流变频器对交流异步电机的平滑无级变频调速。

2• 采用 PLC 工业可编程控制器实现各种开关量逻辑组合，改变程序便可变更逻辑功能。操作使用灵活 . 方便。

3• 具备安全自动停机功能。

4• 断 2 丝保护 . 自动停机。

5• 各拉丝头可独立启动 . 停止 . 调速。

6• 低速软启动。启动速度与时间可调。

7• 各头设有低速点动开关。

8• 整机有联动功能，可同时启动和停止。

9• 设备控制收线机接口 . 收线机与尾头同步工作，也可单独开启。

10•在运行中可调节整机转速升和降。并在必要时，可单独微调各头速度，使之与整机速度相匹配。该过程可重复进行，每次调节后速度状态便被记忆。

11•拉丝记具备单控与联动转换功能。

12•整记运转中，任何某头转换为点动操作状态时，都可使整机停车。

13•各头电机都另配有冷却风扇，以防主电机低速时升温过高。

14•各头都有过载自动停机保护，该功能有变频器参数设定完成。

15•操作台装有与变频器相对应的各头电机运转频率指示仪表，使调频自观，操作方便。

16•无启动冲击电流，不会对电网造成负载电压波动。且电流 . 电压可随时观察。

17•在恒功率运转态（大于 50HZ/S ）最高工作频率达 60HZ/S 。

性能：

1•进线直径 2.2 ， 出线直径最小 0.8

2•出线速度可达 600 米 / 分

3•稳定性 ≤ 1HZ

五、注意事项

1•在开始上丝之前，各探头要伸出到位，用手推动探头时，应活动自如，不应出现阻力不畅的现象，应检查原因，是否机械活动部分有阻力。

2•丝在运行的过程中，如无紧急情况需要无条件停车时，一般不要用杠杠或停车按钮操作，因本变频器未加装再生系统，急停容易造成过载保护，过载保护太多时，容易引起变频器故障。

3•上丝时从低速逐渐向高速调试过程中，要用总调速钮慢升，停机时也要用总调速钮慢降速，防止调速过快，超负载保护。

4•在运转过程中，观察频率表应稳定工作，如果发生频率变化，检查各部是否都发生了变化，还是某路发生了变化？变化了多少 HZ ？引起变化的原因是探头给定电压变化呢，还是调速电位器输出发生了变化？用数字表可直接测试。

5•速度调节时，要慢转调速旋钮，不要调速过快。

6•空频器控制柜所在环境温度不得超过 50 ℃。

7•控制回路联结要用 0.5 ～ 0.75mm 2 屏蔽线。

8•变频器外壳要可靠接地，接地电阻 <10 欧。

9•环境温度过大时，要对一些外接触点采取密封措施。

10•柜体及操作台，安装在远离灰尘、油雾、导电杂物及腐蚀性混合体的场所。

11•禁止在 PLC 空端子上接线。

12•禁止输入控制线与输出控制线安排在同一电压内，不允许输入 , 输出线在同一导管内通过或捆扎在一起。

13．输入。输出控制线一般在 20m 内为宜。

14．柜体及操作台。不要安装在直接受振动和受冲击的场所。

15．定期用清除操作台和柜体内包括 plc 及变频器等主要电气部件的灰尘。