一、引言

拉絲機(jī)也被叫做拔絲機(jī), 是金屬線材加工及電線電纜行業(yè)的主要機(jī)械設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于鋼絲、制繩絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、標(biāo)準(zhǔn)件等金屬制品的生產(chǎn)和預(yù)加工處理。從產(chǎn)品規(guī)格范圍來區(qū)分拉絲機(jī)可以分為大拉機(jī)，中拉機(jī)，小拉機(jī)，微拉機(jī)；從生產(chǎn)工藝方面來區(qū)分可以分為水箱式，滑輪式，直進(jìn)式等主要的幾種。其中直進(jìn)式拉絲機(jī)是最常用的一種制造設(shè)備，在以前通常都采用電動(dòng)機(jī)組及力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，但其控制的靈活性、自動(dòng)化程度及能耗上，傳統(tǒng)的控制方式越來越不適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的大量推廣，變頻控制開始在直進(jìn)式拉絲機(jī)中大量使用，拉絲系統(tǒng)借助于觸摸屏、PLC來實(shí)現(xiàn)拉絲速度、品種設(shè)定、過程閉環(huán)控制、定長(zhǎng)控制等功能。

直進(jìn)式拉絲機(jī)是拉絲機(jī)中較難控制的一種，由于是多臺(tái)電機(jī)同時(shí)對(duì)金屬絲進(jìn)行拉伸，其作業(yè)效率很高。與水箱拉絲機(jī)和活套式拉絲機(jī)不同，直進(jìn)拉絲機(jī)不允許金屬絲在各道模具之間打滑，對(duì)電機(jī)的同步性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性都有極高的要求，所以變頻器的性能對(duì)拉絲的加工質(zhì)量起著非常重要的作用。

   

二、 拉絲機(jī)工藝簡(jiǎn)介

拉絲系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制各輥臺(tái)、眼模把金屬線材或棒材經(jīng)拉拔處理，將金屬線材加工成各種規(guī)格細(xì)線，使線材或棒材的直徑、圓度、內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)、表面光潔度和矯直度等都達(dá)到所需的工藝要求。因此拉絲機(jī)對(duì)線材或棒材的預(yù)處理加工質(zhì)量直接關(guān)系到金屬線材的成品質(zhì)量。

對(duì)于不同的金屬物料、不同規(guī)格、不同精度要求的產(chǎn)品，可選擇不同用途的拉絲機(jī)械。而對(duì)大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進(jìn)式拉絲機(jī)較多。盡管拉絲工藝不同，但其工作過程基本相同（如下圖）：

放線：金屬絲的放線，對(duì)于整個(gè)拉絲機(jī)環(huán)節(jié)來說，其控制精度要求不高，有些拉絲機(jī)械的放線操作是通過變頻器驅(qū)動(dòng)放線架實(shí)現(xiàn)的，但也有部分是通過拉絲環(huán)節(jié)的絲線張力牽伸送進(jìn)拉絲機(jī)的，實(shí)現(xiàn)自由放線；

拉絲：拉絲環(huán)節(jié)是拉絲機(jī)最為重要的工作環(huán)節(jié)。不同金屬物料，不同的絲質(zhì)品種和要求，拉絲環(huán)節(jié)有較大的區(qū)別。它由一臺(tái)主電機(jī)控制(稱為主機(jī))，金屬線材通過內(nèi)部塔輪的導(dǎo)引，經(jīng)過各級(jí)模具而逐步拉伸，以達(dá)到所要求規(guī)格的線材，同時(shí)在拉絲時(shí)，須開啟冷卻液對(duì)模具冷卻。

收線：收卷為拉絲機(jī)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)拉絲機(jī)的性能起決定性的影響，也是考驗(yàn)拉絲機(jī)電氣系統(tǒng)性能的重要依據(jù)。收線環(huán)節(jié)的工作速度決定了整個(gè)拉絲機(jī)械的生產(chǎn)效率，也是整個(gè)系統(tǒng)最難控制的部分。在收線部分，常用的控制技術(shù)有同步控制與張力控制實(shí)現(xiàn)金屬制品的收卷。

三、 系統(tǒng)方案

直進(jìn)式拉絲機(jī)通過卷輥到卷輥經(jīng)過拉絲眼模對(duì)線材直徑或形狀進(jìn)行改變，以獲得需要的直徑或形狀。線材進(jìn)入拉絲眼模時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑，拉絲眼模上有專用的冷卻（通常是用水冷夾套冷卻）裝置。

直進(jìn)式拉絲機(jī)要求易穿線、速度快、不斷線，不允許金屬絲在各道模具之間打滑，對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度有較高的要求，整個(gè)工作過程要求系統(tǒng)平穩(wěn)地工作在同步狀態(tài)，低速啟動(dòng)時(shí)力矩大且穩(wěn)定；減速停機(jī)時(shí)電機(jī)平穩(wěn)且沒有反轉(zhuǎn)。

為解決傳統(tǒng)拉絲機(jī)技術(shù)中生產(chǎn)效率低、響應(yīng)速度慢、系統(tǒng)可靠性低等問題，安邦信為直進(jìn)拉絲機(jī)設(shè)備制造商提供全自動(dòng)控制系統(tǒng)及方案，采用CAN通訊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、變頻、電機(jī)之間的高速實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)，通過PLC控制來實(shí)現(xiàn)拉拔不同規(guī)格成品的參數(shù)設(shè)定，根據(jù)不同的機(jī)械參數(shù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)比等參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制中的操作自動(dòng)化、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、自動(dòng)計(jì)米、自動(dòng)分別斷線等功能，控制方法簡(jiǎn)單靈活，操作使用方便，滿足系統(tǒng)同步性高、大批量生產(chǎn)等要求，有效提高直進(jìn)拉絲機(jī)工作效率和品質(zhì)，降低企業(yè)營(yíng)運(yùn)成本。

該變頻拉絲系統(tǒng)采用6+1控制方案，實(shí)現(xiàn)6臺(tái)同步拉絲，1臺(tái)同步收卷的運(yùn)行方式，工作示意圖如下所示：

拉絲環(huán)節(jié)由一臺(tái)定速機(jī)確定運(yùn)行速度，定速機(jī)可任意定義，不受位置的限制，其它變頻跟隨定速機(jī)同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)金屬材料的直徑或形狀逐級(jí)變小。

拉絲部分采用主頻+輔頻PID方案運(yùn)行，通過張力桿實(shí)時(shí)PID動(dòng)態(tài)調(diào)整卷輥的運(yùn)轉(zhuǎn)，保證拉絲導(dǎo)線始終控制在恒定張力水平運(yùn)行，當(dāng)某個(gè)卷輥故障時(shí)，可滿足實(shí)現(xiàn)跳卷功能，經(jīng)由其它變頻拖動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)當(dāng)電機(jī)參數(shù)、卷輥直徑、眼模直徑等發(fā)生變化時(shí)，不影響拉絲機(jī)的參數(shù)設(shè)定和運(yùn)行。運(yùn)行過程中可選擇性使用定長(zhǎng)計(jì)米控制，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前拉絲長(zhǎng)度，自動(dòng)鑒別拉絲斷線故障等。

收卷部分由收卷電機(jī)帶動(dòng)收卷盤進(jìn)行收卷，隨著收線卷徑不擴(kuò)大，收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)降低，以保證線速度恒定，在控制中常采用張力反饋裝置來調(diào)節(jié)收線電機(jī)的速度。

線材由拉絲部分引出經(jīng)由張力擺桿，張力擺桿的作用是反饋當(dāng)前的張力信號(hào)給收卷電機(jī)，收卷電機(jī)根據(jù)反饋信號(hào)的偏差PID調(diào)節(jié)輸出頻率，以此來保證在收卷過程中恒定的張力和運(yùn)行速度。

收卷線材通過張力擺桿上升到一個(gè)導(dǎo)輪，然后被牽引到一個(gè)排線機(jī)的導(dǎo)輪，排線機(jī)由單獨(dú)小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)作往返運(yùn)動(dòng)，功能是把線材勻稱的排在收卷盤上，收卷電機(jī)帶動(dòng)收卷盤旋轉(zhuǎn)，把由排線機(jī)引導(dǎo)的線材自動(dòng)的卷繞到收卷盤上，到此完成整個(gè)收卷過程。

下圖為拉絲機(jī)變頻控制部分接線示意圖：

三、 技術(shù)參數(shù)及功能

變頻器部分參數(shù)設(shè)置界面如下圖示：

F00.00：電機(jī)控制方式

F00.01：鍵盤設(shè)定頻率

F00.02：加速時(shí)間1

F00.03：加速時(shí)間2

F00.04：運(yùn)行指令選擇

F00.05：A頻率指令輸入選擇

F00.06：最大頻率

F00.07：上限頻率

F00.08：下限頻率

F00.13：B 頻率指令選擇

F00.14：命令源捆綁頻率源

F00.15：疊加時(shí)B頻率源范圍選擇

F00.16：疊加時(shí)B頻率源范圍

F00.17：頻率源組合

F02.00：X1 端子功能選擇

F02.01：X2 端子功能選擇

F02.02：X3 端子功能選擇

F02.03：X4 端子功能選擇

F02.11：端子命令方式

F03.00：AI1 下限值

F03.01：AI1下限對(duì)應(yīng)設(shè)定

F03.02：AI1 上限值

F03.03：AI1上限對(duì)應(yīng)設(shè)定

F03.04：AI1輸入濾波時(shí)間

F03.05：AI2下限值

F03.06：AI2下限對(duì)應(yīng)設(shè)定

F03.07：AI2 上限值

F03.08：AI2上限對(duì)應(yīng)設(shè)定

F03.09：AI2 輸入濾波時(shí)間

F03.17：AI1,AI2 輸入選擇

F04.04：繼電器1功能選擇(R1A-R1B-R1C)

F06.08：停機(jī)方式

F09.09：速度控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限源

F09.10：速度控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩上限數(shù)字設(shè)定

F12.39：加減速時(shí)間基準(zhǔn)頻率

F13.00：PID給定源

F13.01：鍵盤預(yù)置PID給定

F13.02：PID 反饋源

F13.03：PID 作用方向

F13.04：PID 給定反饋量程

F13.05：比例增益

F13.06：積分時(shí)間

F13.07：微分時(shí)間

F13.08：PID 反轉(zhuǎn)截止頻率

F13.09：PID 偏差極限

F13.10：PID 微分限幅

F13.11：PID 給定變化時(shí)間

F13.12：PID 反饋濾波時(shí)間

F13.13PID 輸出濾波時(shí)間

F16.00：通訊波特率波特率

F16.02：本機(jī)地址

安邦信變頻器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試記錄：

拉絲機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

采用自定義V/F控制或失量控制低頻運(yùn)行時(shí)均可輸出足夠大力矩，滿足點(diǎn)動(dòng)穿模時(shí)足夠的力矩，點(diǎn)動(dòng)穿模更流暢。拉伸時(shí)經(jīng)由靜止、加速、低速運(yùn)行、減速、靜止等狀態(tài)下來回變動(dòng)，響應(yīng)速度快，無顫動(dòng)現(xiàn)象，不出現(xiàn)斷絲或張力松弛。

在電路中省略了計(jì)米控制開關(guān)，當(dāng)收卷運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定的米數(shù)時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出停機(jī)命令，且觸摸屏報(bào)警提醒收卷、拉絲等電機(jī)停機(jī)。

一鍵參數(shù)自設(shè)定，使更換模具、跳卷或更換變頻器更容易，省略了逐臺(tái)參數(shù)整定繁瑣時(shí)間，大大減少出錯(cuò)的幾率；

自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)斷線信號(hào)，即時(shí)斷線保護(hù)；

滿足點(diǎn)動(dòng)穿線眼模時(shí)的各種工藝操作；

數(shù)字給定轉(zhuǎn)速信號(hào)，運(yùn)行控制更為穩(wěn)定；

實(shí)時(shí)顯示張力控制狀態(tài)，隨時(shí)明了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；

自動(dòng)定義定速機(jī)位置，滿足隨意跳卷的工藝需求，自動(dòng)計(jì)算各卷輥關(guān)聯(lián)參數(shù)；

實(shí)時(shí)拉絲機(jī)顯示收卷線速度；

實(shí)時(shí)顯示各變頻器的運(yùn)行頻率、輸出電流；

自動(dòng)計(jì)算單次加工重量，累積加工重量；

滿足在運(yùn)行中隨意修改拉絲線速度大小的功能；

簡(jiǎn)化操作系統(tǒng)，便于維護(hù)，降低維修成本；

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況：

四、 結(jié)論

在拉絲機(jī)整個(gè)工作過程中，滿足保持張力恒定工藝要求，尤其是高速運(yùn)行及重盤收卷時(shí)，對(duì)變頻器的加減速同步控制及減速停車時(shí)由于收卷輪的慣性的控制要求。

經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行，AMB拉絲機(jī)專用型變頻器采用張力桿反饋PID調(diào)節(jié)方式，可實(shí)現(xiàn)拉絲和卷取的恒張力控制，達(dá)到無級(jí)調(diào)速的目的，在加減速運(yùn)行、高速運(yùn)行、停車制動(dòng)過程中均滿足用戶工藝要求。