正弦变频器在直进式拉丝机上的应用
——SINE309矢量型张力控制专用变频器
引言
拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为：大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械结构上可分为：滑轮式、活套式、水箱式和直进式。在电线电缆行业，双变频细微拉应用十分广泛。相对而言，其要求的控制性能也较低，而对大部分钢丝生产企业，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多。特别是焊材生产企业，气体保护焊丝、埋弧焊丝、铝焊丝、氩弧焊丝、不锈钢焊丝、高强度焊丝以及最先进的药芯焊丝，其对拉丝机的电气控制要求很高。变频器作为主要的电气控制部分，它的性能，特别是张力控制的精度直接影响到产品的质量和产量。
深圳正弦电气作为一家专业的变频器制造商，所生产的拉丝机专用变频器，以其卓越的性能赢得了电线电缆企业和焊丝生产企业的认可和好评。
一、拉丝机工作原理
直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。
根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒流量体积不变，即使以下公式成立：
πR2×V1= πr2×V2
其中 R：进线钢丝的直径
r： 出线钢丝的直径
V1：进线钢丝的线速度
V2：出线钢丝的线速度
直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，我们在直进式拉丝机上采用了位移传感器（如图1所示），动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(0/4~20mA或0~10V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。
二、系统介绍
该套设备的作用是对药芯焊丝的二次精拉。药芯焊丝是用钢带卷曲为空心的钢丝，卷曲的过程中，将特制的药粉填充空心处，经过拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再经过二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我们调试的时候模具的配比如表1。
进线 1#模 2#模 3#模 4#模 5#模 6#模 7#模 8#模 9#模 10#模 11#模
2.80 2.70 2.50 2.30 2.10 1.90 1.72 1.58 1.48 1.38 1.28 1.18
表1 模具配比
根据客户要求，我们设计了11联直进式拉丝机，该系统采用深圳正弦电气新一代产品——完全电流矢量张力控制专用变频器SINE309和拉丝机拉丝专用变频器SINE311，系统配置如下图1所示，人机界面+PLC+正弦变频器。
图1、直进式拉丝机系统示意图
人机界面：
良好的人机接口，使操作简洁方便，各种参数一目了然。
我们在界面上设计了多种功能功能——系统启动、停车、跳卷、线速度设定、收卷点动、断线保护有效、防护罩有效等，方便操作人员对设备进行操作和监控。
PLC：
PLC在整个系统中起着重要的作用——①得到人机的启动信号后，PLC输出使变频器RUN与COM端子闭合，变频器运行。②根据触摸屏上设定的线速度，PLC的D/A模块输出0~10V的主速度信号，并按照30秒的加减速线性变化，如下图2所示
图2 PLC模拟量信号线性变化关系
③低速穿线时，需要前联动、正转点动、反转点动和后联动。
前联动：我们以放线工字轮为最前，假如我们在4#塔轮处脚踏前联动开关，应该是1#~4#机联动，即PLC使1#~4#变频器同时走点动频率，以此类推。
正转点动：当某台塔轮上线材松动时，需要单独点动该台，其他塔轮不动作。
反转点动：极少用到可以不设计。
后联动：仍以放线工字轮为参照——最前，假如我们在4#塔轮处脚踏后联动开关，应该是4#~11#机联动。
变频器
如图1所示，机台上有11个塔轮，其中1#~10#采用正弦SINE309拉丝机张力控制专用变频器，分别对应位移传感器。位移传感器反馈给变频器4~20mA的电流信号，变频器以此保证线材的恒张力。11#采用正弦SINE311拉丝机拉丝专用变频器，没有张力机构。12#同样采用正弦SINE309变频器控制收线轮，与1#~10#不同的是，收线工字轮的卷径在不断的变化，而且还要保持线材恒张力，以免张力过大断线或太松乱线。
在前面提到，我们拉拔的是药芯焊丝，其材质较实心钢丝柔软很多。06年我们给客户安装的6套八联和3套七联直进式拉丝机，加工的都是高碳钢丝或不锈钢丝，材质坚硬，即使在调试过程中汽缸摆臂有较大晃动，也可能不会断线。药芯焊丝的硬度大约只有高碳钢或不锈钢丝的一半，在生产过程中就要求张力控制得很好，即汽缸摆臂几乎不晃动，才能保证生产的高效。也就是要求变频器有很好的张力控制能力。
三、正弦变频器特点
正弦变频器采用磁场定向电流闭环矢量控制，电机变量完全解耦。
采用美国TI公司最新款高性能32bit电机控制专用DSP，高速、准确完成复杂的控制算法，国内首家产品化应用。
调速精度：0.01Hz
调速范围：0.01~600.00Hz
冲击负载：180%电机额定转速，2秒内不跳脱。
低频转矩：0.00 Hz，150%额定转矩输出。180%额定转矩加速和减速。
SINE309系列拉丝机张力控制专用变频器
1、型拉丝机收卷专用变频器, 不用设定变频器参数，出厂值即最佳参数，只需要按说明书正确接线，就可以开机正常工作；
2、所有动态参数：卷径、传动比、线径，空盘、半盘、满盘，低速、中速、高速，张力、断线全部由变频器内部自动处理；
3、不需要PID板，只需要外接操作开关、少量中间继电器、指示灯和显示仪表；
4、系统更简洁、成本更低、维护更方便，同时，控制效果更佳，设备运行更稳定；
5、张力平衡杆或位移传感器在下限位、中间位或上限位，都可开机运行。自动跟踪拉丝线速度，张力平衡杆或位移传感器基本维持在中点位置；
6、变频器与电机同功率配匹使用，不需要放大变频器的容量；
7、适用于双变频、多变频拉丝或收卷的张力控制应用场合，更换拉丝模具或机台数时不需要调整任何参数。
SINE011系列拉丝机拉丝专用变频器
1、傻瓜型拉丝机拉丝专用变频器, 不用设定变频器参数，出厂值即最佳参数，只需要按说明书正确接线，就可以开机正常工作。低速穿模、高速拉丝相互独立；
2、无转速死区，低速1Hz额定转矩平稳输出，穿模、试机没有材料损耗；
3、根据拉丝线材实际负载变化，自动调节输出频率，维持线速度恒定；
4、不分材质，可拉钢丝、铁丝、铜丝、铝丝及其它材料；
5、变频器与电机同功率匹配使用，不需要放大变频器的容量。
四、安装调试
（一）、1#~10#SINE309参数设置
功能代码 代码名称 出厂值 设置
F0.02 驱动方式 2：无PG矢量控制0 2：无PG矢量控制0
F0.04 启停控制选择 0：键盘 1：端子
F0.08 速度给定方式 000 002：过程PID输入方式
F0.14 点动运行频率 5.00Hz 2.50Hz
F0.16 加速时间1 15.00S 2.00S
F0.17 减速时间1 15.00S 2.00S
F0.18 点动加速时间 15.00S 8.00S
F0.19 点动减速时间 15.00S 8.00S
F0.25 最大频率 50.00Hz 55.00Hz
F0.26 上限频率 50.00Hz 55.00Hz
F2.04 VS滤波时间 0.30S 0.00S
F2.06 VF滤波时间 0.30S 0.00S
F5.04 功能输入X3 3：多段速度端子1 8：自由停车
F5.05 功能输入X4 4：多段速度端子2 10：正转点动FJOG
F7.08 PID调节模式 00000 00011：PID调节器输出+前馈输出
F7.12 前馈输入增益 40.00 100.00
F7.13 PID输出增益 100.00 30.00
F7.14 比例增益GP 0.40 0.20
F7.15 积分时间Gti 10.000 10.000
F7.16 微分时间GTd 0.000 0.000
F7.19 PID输出死区时间 5.00 0.00
F7.20 PID软启动时间 5.00 0.20
F8.07 电流比例增益 0.40 0.00
F8.08 电流积分时间 10.00 0.00
FA.17 滑差补偿增益 100.00 0.00
FB.00 拉丝机控制方式 0 10：0~前馈增益上限
