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案例頻道高仕達變頻器拉絲機應用
深圳市宏宇星河電器有限公司是一家從事變頻器、伺服系統的研發、制造和銷售的專業自動化公司, 是集變頻器、伺服、數控、自動化產品和成套設計等工控產品系統集成應用的高科技實體，擁有一批電氣自動化、電力電子技術、微電子技術、自動控制系統及應用的技術和經營骨干。公司以工廠自動化集成為導向，進行變頻器節電改造，自動化升級改造等節約能源的配套工程，產品涉及石油、化工、塑料、制藥、電子、礦山、建材等能源加工領域，其節能高達20%-70%。
經營項目：
1、注塑機節電、風機水泵節電、自動恒壓供水、空壓機節電等控制系統，
2、專業彈簧機、拉絲機、電線電纜機械、擠出機自動化控制系統制作。
3、承接切袋機、包裝機械、印刷機械、塑膠機械的伺服系統改造與升級。
4、開發各種PLC程序編程、單片機編程、人機界面及各種伺服組態工程
對于大部分使用拉絲機的國內金屬加工企業來說，國產拉絲機械產品已經能夠被接受替代國外高端的產品，高仕達變頻器經過幾年的發展，已經證明絕大部分性能已經滿足現場需要。針對拉絲機械配套市場，高仕達變頻器配置先進快速的PID控制算法等，以下是高仕達變頻器針對拉絲機械控制方式分析：
1、 拉絲機工作分析
從產品終端來說，拉絲機可以分為大拉機，中拉機，小拉機，微拉機。而從拉絲機內部控制方式和結構來說，可以分為水箱式，滑輪式，直進式等主要的幾種。對于不同要求，不同精度規則的產品，不同的金屬物料，可選擇不同規格的拉絲機械。對電線電纜生產企業，雙變頻控制的細拉機應用比較廣泛，相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產企業，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩定度高，因此使用直進式拉絲機較多，不同的拉絲機械，其工作過程基本相同（如下圖）：
1、 拉絲機工作分析
從產品終端來說，拉絲機可以分為大拉機，中拉機，小拉機，微拉機。而從拉絲機內部控制方式和結構來說，可以分為水箱式，滑輪式，直進式等主要的幾種。對于不同要求，不同精度規則的產品，不同的金屬物料，可選擇不同規格的拉絲機械。對電線電纜生產企業，雙變頻控制的細拉機應用比較廣泛，相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產企業，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩定度高，因此使用直進式拉絲機較多，不同的拉絲機械，其工作過程基本相同（如下圖）：
1）、 放線: 金屬絲的放線速度，對于整個拉絲機環節來說，其控制沒有過高精度要求，對部分雙變頻控制的拉絲機械，甚至可以通過拉絲環節的絲線張力通過一圓盤拉伸。對大部分拉絲機械，放線的控制是通過變頻器驅動放線機實現的。
2）、 拉絲: 拉絲環節是拉絲機最為重要的環節。不同金屬物料，不同的產品精度和要求，拉絲環節有很大的不同，雙變頻控制拉絲機拉絲部分與放線部分共用一臺電機，金屬絲通過內部塔輪的導引，經過模具而逐步拉伸。而直進式拉絲機拉伸效率較高，對每一道拉絲工序，都需要一臺電機帶動，因此其控制也最為復雜。
3）、 收線: 收線環節的工作速度決定了整個拉絲機械的生產效率，因此也是整個拉絲機工作的控制源，一般通過一個主機PLC或人機操控系統直接控制的變頻器驅動收線機
2、拉絲機械工作原理分析
雙變頻式拉絲機的控制流程如圖1:主控操作面板設定PLC輸出收線信號，此信號通過PLC頻率修正后給定至收線控制1#變頻器，金屬制成品于收線端通過一安裝有張力傳感器的導輪，輸出金屬絲張力信號，作為拉絲收線張力信號反饋輸入到1#變頻器，1#變頻器通過內置PID閉環控制，決定輸出頻率，此輸出頻率通過主控系統或者PLC綜合，輸出對2#拉絲環節控制電機的控制，由于對產品精度和拉拔要求不高，金屬絲在通過不同模具時的速度差異通過機械機構實現，而不必要對每道拉拔都實現閉環控制。
圖2: 直進式拉絲機的控制流程圖
使用變頻器的典型直進式系統控制如圖2，操作面板和PLC負責設定和監控各個環節的參數，通過變頻器的各個設定端子，直接進行各個拉絲卷筒控制變頻器狀態共享。收線卷筒電機的運行頻率通過主操控PLC輸出給定。收線電機的運行頻率，直接決定了上一級(5#)電機的運行速度，為了保證張力基本恒定以保證金屬產品的品質，拉絲環節(1-5#)電機的主控速度通過PLC綜合下一級電機的頻率給定，單獨主頻率給定信號滿足不了產品生產要求，容易造成斷線故障，因為在直進式各個拉絲道中，拉絲的效率較高，各個卷筒間絲線張力很不一致，致使各個拉絲卷筒間絲線半徑精度不高，為達到生產要求，一般以本級電機張力傳感信號為頻率設定輔助信號反饋，通過調節輥輸出的是角度信號，角度信號經過凸輪變成直線式位移信號，位移傳感器檢測直線位移信號輸出0～10 V的電壓信號，此信號做為內部PID的反饋信號。
主控制信號控制變頻器時，必須考慮機械慣性，按一定的斜率輸出，即通過一頻率斜坡發生器產生變頻器主控制信號。發生器的斜率可針對不同機械的特性而設定。輔助信號由內置PID環節輸出，它決定了當前拉絲機的動態特性，在整個信號給定中，當輔助信號所占比例較大時，轉速將出現大的振蕩而較難穩定，當輔助信號占比例較小時，其控制跟隨速度較慢。因此須在主控PLC或變頻器內部對輔助頻率進行限幅，通過簡單的比例關系，設定主給定信號和拉絲機本身閉環給定信號的比例關系即可實現，對大部分拉絲機，使其PID頻率限幅在10%左右。
拉絲機各個卷筒控制電機頻率主信號給定需要進行修正和補償，這是由于拉絲機工作特性決定的。 根據金屬絲體積秒流量相等的原則，設上一級模具出線半徑為A，線速度為VA，經過當前級模具拉伸后半徑為B，速度為VB，則變速比滿足下式：
VA/ VB = B2/A2 ( 公式1)
3、 拉絲機使用變頻器優勢介紹
1) 使用轉速和電流閉環的無傳感器矢量控制方式，快速的速度和轉矩閉環，減免了測速機構，實現較高的控制精度和控制性能。
2) 高性能的低頻轉矩特性，150%的起動轉矩，100%的零頻預勵磁輸出。
3) 先進的內置PID閉環控制算法，確保PID控制器性能達到最優，最大限度方便客戶的PID控制器參數設置。
4) 高速的控制CPU內核，保證了控制性能的快速性，高達100%的直流制動力矩，對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負載，保證了其快速的響應特性，確保拉絲機停機不斷線。
5) 完善的故障保護功能，最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進行保護。
4、總結
主控制信號控制變頻器時，必須考慮機械慣性，按一定的斜率輸出，即通過一頻率斜坡發生器產生變頻器主控制信號。發生器的斜率可針對不同機械的特性而設定。輔助信號由內置PID環節輸出，它決定了當前拉絲機的動態特性，在整個信號給定中，當輔助信號所占比例較大時，轉速將出現大的振蕩而較難穩定，當輔助信號占比例較小時，其控制跟隨速度較慢。因此須在主控PLC或變頻器內部對輔助頻率進行限幅，通過簡單的比例關系，設定主給定信號和拉絲機本身閉環給定信號的比例關系即可實現，對大部分拉絲機，使其PID頻率限幅在10%左右。
拉絲機各個卷筒控制電機頻率主信號給定需要進行修正和補償，這是由于拉絲機工作特性決定的。 根據金屬絲體積秒流量相等的原則，設上一級模具出線半徑為A，線速度為VA，經過當前級模具拉伸后半徑為B，速度為VB，則變速比滿足下式：
VA/ VB = B2/A2 ( 公式1)
3、 拉絲機使用變頻器優勢介紹
1) 使用轉速和電流閉環的無傳感器矢量控制方式，快速的速度和轉矩閉環，減免了測速機構，實現較高的控制精度和控制性能。
2) 高性能的低頻轉矩特性，150%的起動轉矩，100%的零頻預勵磁輸出。
3) 先進的內置PID閉環控制算法，確保PID控制器性能達到最優，最大限度方便客戶的PID控制器參數設置。
4) 高速的控制CPU內核，保證了控制性能的快速性，高達100%的直流制動力矩，對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負載，保證了其快速的響應特性，確保拉絲機停機不斷線。
5) 完善的故障保護功能，最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進行保護。
4、總結
高仕達變頻器的高性能和完善的功能，使其在各個行業得到了廣泛的應用，對于部分V/F變頻器滿足不了的要求高場合，其優勢更為明顯。變頻器在拉絲機械上使用中，免除了客戶端繁雜的外部設備，內置PID的調節方便簡練，即使故障停機狀態，也很少出現斷線，節電效果明顯
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