直进式拉丝机系统方案

一、系统介绍
直进式拉丝机可实现对铜线或者钢线逐级拉伸并将成品快速收卷，一般常用于1mm以上线材的加工。直进式拉丝机通常采用被动放线，原材料经过放线架逐级缠绕在多个拉伸的转鼓上,同时经过多个模具后，线径被拉细至预先设定的粗细，然后经过排线工艺后再层绕到工字轮上。要指出的是，与双变频拉丝机拉伸部分无论多少个模具都只有一个电机牵引所不同，直进式拉丝机每一级拉伸的转鼓都会有一个独立的电机驱动。

图 1

二、工艺介绍
穿模。实现整机启动工作之前，必须通过手工将原材料前端打磨并逐级通过模具。一般通过脚踏开关实现电机点动低速转动，同时采用工具将丝线从模具的前端牵拉到后端，通过模具后的丝线为了能够通过下一级模具，先要将其前端打磨或拉细，后才可以通过下一级模具。在这个工艺环节里，要求电机在启动和低速运行时力矩大且稳定，运行转速稳定，而且在减速停机时电机没有反转。
拉伸。手工完成穿模以后就可以通过逐渐加大电机转速实现连续的拉伸过程。注意直进式拉丝机的拉伸通常是由5台以上的电机逐级同步运行实现的。在实际运行过程中，电机的运行速度范围会比较大，甚至电机会在恒功率区工作。在这个工艺环节里，要求无论负载大小，电机速度波动小，低速或弱磁区工作时转矩输出大且稳定。特别要注意的是，用于拉伸的电机运行必须时刻保持彼此同步；而每台电机所驱动的转鼓附近都有一个气臂，气臂的上下行程位置反馈当前电机转速是否和前后级同步的0~10V模拟量，通常变频器引入该模拟量作为PID调节的反馈，给定即为5V平衡位置；这也就要求经过PID调整后的电机运行必须响应快速且稳定。
收卷。收卷部分是一台独立的电机驱动，和拉伸电机之间没有任何的机械连动关系。经过拉伸后的成品需要同步地缠绕在工字轮上，在整个工艺过程中，无论启动加速、停机减速，任何线速度下的恒速运行均要求收卷电机和拉伸电机的运行转速同步，否则就会出现丝线拉断或者缠绕乱线等异常。在这个工艺环节里，要求收卷电机调速响应快，速度控制精确。
排线。通常成品线材是层绕在工字轮上的，在工字轮的横轴上，线材应该一圈一圈平行紧密地从横轴的一段到另一段排列在一起，实现一层；再逐层地加厚最后实现一卷成品。这就要求有一个排线装置来完成线材在横轴上端到下端往复的排列成品线材。根据机械设计的要求，排线的实现有很多种方案，比如机械，变频，或伺服等。
急停。当设备运行过程中，若出现紧急情况，要求整个设备尽可能快地停下来。这时候拉伸和收卷电机处于快减速的状态，要求停机过程结束后丝线不会被拉断，这样才可以保证下次可以顺利启动。
三、蓝海华腾产品的特点
拉伸电机同步性能优良。多台用于拉伸的电机在启动，加速，低速和高速运行，减速以及停车时运行同步，每级模具间的线材无打滑，在整个调速范围内张力稳定。
收卷部分的同步控制优良。在实际应用中，收卷部分一般采用两种方式：有张力架收卷和无张力架收卷。在有张力架的收卷方式下，张力架上的动滑轮的位置反应了拉伸部分和收卷部分同步运行的一致性和保持线上张力大小的稳定性。一般当收卷速度快于拉伸速度时动滑轮会上移，反之会下移。由于蓝海华腾拉丝机专用变频器内置速度同步的专用算法，并发挥了变频器转矩响应快，稳速精度高的优点，保证了启动时无论动滑轮当前位置如何，可一次到达平衡位置无摆动；运行时无论当前线速度和工字轮卷径大小，动滑轮均稳定无摆动。在无张力架的收卷方式下，收卷变频器通过高性能的转矩控制，直接控制线上的张力大小为设定张力，并且可以不安装速度反馈编码器和PG卡实现开环恒张力控制，安装方便，降低成本，维护简单。
点动穿模时操作更顺畅。由于穿模时需要频繁点动，所以拉伸电机处于静止、加速、低速运行、减速、静止等状态下的反复切换；在拉伸线径较大的情况下，启动瞬间的电流可能非常大，此时蓝海华腾变频器低速下大力矩输出以及优良的电流限定能力可以使得走线平稳、不跳闸；在拉伸线径较小的情况下，启动不平稳或停机电机有倒转均会导致丝线断，此时蓝海华腾变频器根据实际应用经验设计的起停专用特性可保证手工穿模的成功率大大提高。
对该行业的特殊要求有丰富的经验。比如急停时要求拉伸和收卷要同步快速减速，此时收卷部分是一个大惯量负载的特性，一般要通过能耗制动的办法快速停车。蓝海华腾变频器可以在整个系列内置制动单元，还可以提供整个系列共直流母线的解决方案；再比如由于材料或机械的原因突然断丝，蓝海华腾变频器可以检测到断丝并自动停机，发出告警信号等待检修，排除故障后可继续运行，变频器的内部控制参数可保持稳定连续，不会受到以前断线的影响，从而保证前后控制特性的一贯良好性（在该行业大量使用的国内某知名品牌的产品就存在上述问题）。
同步速度给定方式灵活多样。可以提供多种用于拉伸前后级同步速度给定方式：模拟量级联，高速脉冲级联，MODBUS模式下的上位机通讯，带PROFIBUS总线适配器的上位机通讯。
四、总体方案概述
 拉伸部分选型：V5−T−4T**
 收卷部分选型：V5−T−4T**S0(有张力架方式)
                 V6−H−4T**(无张力架方式，无需卷径计算)
              V6−T−4T**(无张力架方式，需要卷径计算)
 拉伸部分的同步实现基本原理如下：后一级跟随前一级的速度变化，后一级拉伸电机的运行速度给定采用复合控制;主速度给定是由前后级的线材流量计算确定的，气臂运动的当前位置的模拟量反馈和平衡位置做PID调整后的输出作为辅助给定；最前一级的运行速度直接为设备运行的线速度给定。
 有张力架方式的收卷部分采用速度控制，其速度给定采用复合控制，主速度给定是前级运行的当前线速度，张力架上的动滑轮的当前位置的模拟量反馈和平衡位置做PID调整后的输出作为辅助给定；
无张力架方式的收卷部分采用转矩控制，若只做线上的恒转矩控制时，通过模拟量给定目标转矩即可实现；若考虑到随着工字轮上的收卷卷径不断变化而线上的转矩给定自动变化，还需要做线上恒张力控制，需要送入前级运行的当前线速度，变频器机内可自动计算当前卷径，这样模拟量可直接给定目标张力。