特大水箱拔丝机(ABB传动控制系统在水箱式拉丝机的应用)

Posted 2023-06-02

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特大水箱拔丝机(ABB传动控制系统在水箱式拉丝机的应用)

引言

拉丝机广泛应用于钢丝、制绳丝、预应力钢丝、标准件等金属制品的生产和预加工处理。拉丝机按其结构分为七种型式：LT型水箱式拉丝机、LW型滑轮式拉丝机、LS型双卷筒式拉丝机、LH型活套式拉丝机、LZ型直线式拉丝机、LD型单次式拉丝机、卧式式拉丝机、倒立式拉丝机。LT型水箱式拉丝机拉拔丝成品直径范围在0.1-1.2mm之间，工作特性为滑动式拉丝，多道次拉拔；水箱式拉丝机是通过控制线上张力，使经过拉丝模具的线材不断由粗到细，最终得到所需的规格；水箱式拉丝机在拉丝时，将拉拔头置于水箱中，开启冷却液对模具进行冷却。由于水箱式拉丝机对车速精度、线上张力要求较高，这对于PLC及传动控制系统提出了较高的要求。

工艺概述

水箱式拉丝机是由多个拉拔头组成的小型连续生产设备，通过逐级拉拔，并将拉拔头置于水箱中，最后将钢丝拉到所需的规格。就国内几个主要水箱式拉丝机生产商来看，一般配置了20个左右的拉拔头。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。在整个拉拔过程中，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，即要使下式成立
πD²·v1＝πd²·v2

式中D —进线钢丝的直径

v1 — 进线钢丝的线速度

d — 出线钢丝的直径

v2 — 出线钢丝的线速度

控制策略

水箱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。由于水箱式拉丝机的拉丝过程完全通过机械轴拉拔完成，并且这些机械轴是在同一主轴下传动的，因此整个拉伸系统各级之间依靠拉伸轮的转速差别和线上张力来控制同步协调工作。

系统的实现

系统的硬件结构

ABB 水箱拉丝机控制方案主要配置：

电气传动控制系统的构成如图二所示，系统主要由PLC、变频器、人机界面（HMI）组成。PLC选用ABB AC500-eCo，变频器选用ABB ACS550、ACS510及ACS150变频器，人机界面选用ABB CP400系列。该系统采用MODBUS总线技术实现集成控制，保证恒定张力，实现排线自动补偿，保证钢丝在整个拉拔过程中的连续稳定性，保证钢丝产品质量，人机界面操作简便，实现自动监测和报警。
水箱拉丝机主控制回路采用可靠性、稳定性高的ABB AC500-eCo PLC及人机界面编程控制，拉丝长度通过计米传感器检测反馈给主控制器。整机具有正常和快速停车，预置速度和定长，数字加减速，故障报警及张力自动跟踪等功能。可随时起动和停车，无断丝乱丝现象，具有结构合理、性能稳定、功能齐全、操作简单、维护方便等特点。变频调速控制：拉丝机的传动部分控制，主要是要保证收线电机能精确地随着主电机的速度变化及收线工字轮卷径增加，自动及时准确地调整速度，使整机系统保证恒定张力，从而保证钢丝在整个拉拔过程中的连续稳定性，达到保证钢丝产品质量的目的。在运行过程中，这两个电机的运转速度控制精度要高，动态过渡过程要快，抗干扰能力要强，保证张力稳定。另外由于拉拔出来的钢丝要均匀缠绕在收线工字轮上，整套系统配备了排线机构，采用ABB AC500-eCo PLC和变频器控制减速电机的方式，根据实际使用情况，在工作过程中实时改变排线速度，可以保证钢丝均匀地缠绕在收线工字轮上。
变频器的速度控制精度要高，所以变频调速控制选用ABB公司的ACS510、ACS150系列型变频器，该系列变频器闭环速度控制方式运行时的转速精度为：当速度小于1500转/分钟的时候，控制精度小于±1. 5转/分钟；完全可以达到系统要求。

收线变频器的给定是采用ABB AC500-eCo PLC 两路高速计数通道反馈双计米信号，通过变频器自身的积分分离PID调节功能，通过对三个变频器的总线控制，自动跟踪主机的速度。为避免在加工过程中的一些意外情况发生时造成对机器和人身安全的影响，整机配备了多种自动保护措施：如采用ABB AC500-eCo PLC自动采集ABB 变频器内部相关数据并实时运算，能使机器在保证产品质量不受影响的前提下，迅速停机，从而最大限度地保证人身安全，避免造成不必要的经济损失。在排线控制方面，为了避免经常会出现的排线边缘不齐，压丝及腰鼓形等特定问题，本系统采取了排线自动补偿系统，根据排线层面的不平整度，在实际工作过程中自动计算卷径并实时进行修正，保证钢丝在任意时刻及速度下均能均匀卷绕，可靠地解决了下道工序的合股的麻烦，大大提高了生产效率。

系统的软件结构

在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法，其中采用RS-485通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。但是，RS-485的通讯必须解决数据编码、求取校验和、成帧、发送数据、接收数据的奇偶校验、超时处理和出错重发等一系列技术问题，一条简单的变频器操作指令，有时要编写数十条PLC梯形图指令才能实现，编程工作量大而且繁琐，令设计者望而生畏。ABB AC500-eCo PLC控制ABB变频器的方法：无需添加任何硬件或软件，采用ABB AC500-eCo PLC自带功能块，直接编写6条极其简单的PLC梯形图指令，即可实现多台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，这种方法非常简捷便利，极易掌握，故障查询处理迅速。在实际应用中可以实时采集数据和给定命令，对系统进行精确的控制，主要控制原理为：首先根据生产产品的材质结构及工艺要求在人机界面上设定速度值，通过PLC内部运算，将数据写入到主机变频器中，整机将按照此给定速度值运行，在实际加工过程中可根据需要随时更改数值，来满足加工工艺的需要。

应用说明

ABB AC500-eCo PLC和ABB变频器编程调试的通用性强，有相关编程经验的技术人员，仅需1~2天的培训即可掌握。

ABB ACS510/550系列变频器基于同一硬件设计平台开发，带有独立风道的散热器，全系列内置进线电抗器与EMC滤波器，变频器内部电路板均为高防护等级的涂层板，已经大批量应用在金属制品行业中，并获得了业主和设备厂的广泛认可。

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