CN101168175A - 多级拉丝生产线自动控制系统 - Google Patents

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CN101168175A CNA2007101501430A CN200710150143A CN101168175A CN 101168175 A CN101168175 A CN 101168175A CN A2007101501430 A CNA2007101501430 A CN A2007101501430A CN 200710150143 A CN200710150143 A CN 200710150143A CN 101168175 A CN101168175 A CN 101168175A
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杜明星
冷建伟
郭长永
马中原
屈重年
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Tianjin University of Technology
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一种多级拉丝生产线自动控制系统。包括N级由拉丝模、卷筒及其驱动装置构成的拉丝单元、导轮、中频炉、水冷器、张力盘、递送电动机和收线盘,其中N为大于2的自然数。各级拉丝单元内分别设有一个张力控制系统,包括:安装于卷筒和拉丝模之间的张力传感器、可编程序控制器、变频器和异步电动机。本发明利用交流变频技术实现异步电动机的平滑调速;通过张力控制系统实现拉丝的松紧度控制;采用阶梯式起动停车方法和闭环PID算法实现系统的无扰切换和稳定运行;使用可编程序控制器保证了系统的控制灵活性和工作稳定性;系统还设计了点动、联动和实时监控等功能,实现了生产线挂线方便、系统参数修改容易、生产工况实时监控等优点。

Description

多级鹏^线自动控制系统
【技术领域】:本发明属于丝>1^属物自动^控制技术领域,涉及一种多级钢丝或其ft!lM状 金属鹏拔伊线的自动控制系统。
^^统能有效i鹏高丝M属物的生产质量和^效率,Jo:作性能稳定、可靠性较高。
【背景技术】:在实际^过程中,常常需要不同直径的金属丝,但原材料^厂家生产的原 材料不可f哒到这个要求,因此需要对金属丝进行多级拉拔,最终实5,万需直径的产品。随着国 内工业的快速发展,市场对不同直径的金属丝的需求也'^I增加,所以多级,生产线的应用也 麟越广泛。较早的雖^线主要以德国、意対撐国进口的为主,这些系棘f顿直流电动
机作为原动机的,也有^ffi交流电动机作为原动机的。近年来,随着国内自动控制^:的进步和
机嫩n工能力的提高,国内的多级雖妒线也得到了长足的发展。应用交流变频调速技术的多
级皿生产线已经开始在国内的几家工厂生产。在这些设备上,大部分生产线都应用进口的变频 器驱动原动机,从而实现交流变频调速。
就目前来看,国内外生产的雖机都不能很好WS不同:oik现场的要求。主要雜以下问
题:1)要求变频器内置PID算法,并且要求其反i^g较快;2)妒離动和停ihil程中每一 个拉拔环节同步性较差,尽管有些设备不会出现妒线,的情况,但劍生产质量和妒效率 会产生影响;3)妒繊动前需要将金属丝缠绕在^#筒上,大部分系乡妹设计系统的点动和 联动信号,操作4顿不方便。4)由于^^^ffl变频器内置PID算法,因此PID参数的适应性较 差,而且在变频器上手动调节PID参数费时费力。
【发明内容】:本发明的目的劍军决现有多级fe^生产线起动和停ih31程同步性较差、PID算
法参数调节不方便和系统功能不完善的问题,麟一种多级拉丝妒线自动控制系统。
本发明微的多级雖妒线自动控制系统,包括N级由雖模、巻筒及^9区动驢构成的 拉丝单元,以及鹏单元后依次设置的排线导轮、中频炉、7jC冷器、张力盘、鹏电动机和收线
盘,其中N为大于2的自然数。在各级雖系统内分别安竊一个张力控制系统,该张力控制系
统包括:
一个张力传麟,安装于各级雖系统内的巻筒和拉丝模之间,用于测量对应雖系统内的
钢丝的张力值,并将该张力飯馈到可编a^S制器PLC中;
一个可编禾I^制器PLC,舰可编禾MJ^e制器内部的PID算法,用于将反馈的张力值与给 定值比较,根据比较结果输出一个控制信号给变频器,ffi31变频器改变异步电动机的转速,进而
控制相应巻筒的旋f^,从而增大或者减小鍋丝拉拔时的张力大小,以实M佳张力调节;
一个变频器和一个异步电动机,用于接受可编禾MJW制器PLC发出的控制信号,舰变频器 改'顿步电动机的織,进而控制相应巻筒的5^t^。
所述的张力传感器的构成包括,固定的传自立柱,铰接在传自立fci:的曲柄,该曲柄的
一Mii旋转导轮与被测拉丝紧密接触,曲柄的另一,接一个弹簧,曲柄铰轴fflii履皿接角 度传感器,旋转导轮将拉丝的张力转变为曲柄铰轴的转动,并由角度传自反馈到可编aim制
器PLC。
本发明自动控制系统的整条妒线的设i"Hi程中涉及了五大部分,具体过程如下:
第一部分、挂线:照胃挂线就是当金属丝臓或者一巻鍋丝加工完毕后系统需要停止,在
系繊动之前,需要将鍋丝挂在妒设备上。機时需要系统具有点动和联动功能,具体讲就 是,当1#巻筒需難线时,贝|识需要1#电动机低艇转,且将鍋丝在1#巻筒上缠绕一定数
量的圈数,此时1#巻筒挂线完毕;鍋丝難在2#巻筒上时,需要1#电动机和2#电动机同
附eiM转,实现2#巻筒的挂线;3#巻筒需雖线时,1#、 2#, 3弁电动机同时fKiM转;依 次難,可以Jtr至多级挂线。当1#和2#巻筒之间«丝堆积时,可以只允许2井电动t腿转, 这样就可以将两者之间的體缠绕到2#巻筒上,同理,2#和3#巻筒之间出现,5嫁时,可 以只允许3#电动禾腿转,将中间,缠绕到3弁巻筒上,可以推广到多级。基于, 魏的只允许1弁、2#或其他一台电动丰腿转的操作功能称作点动功能;1#、 2#, 1#、 2#、 3 #或者其他多台电动机同时运转的操作功能称作联动功能。
第二部分、系,动:系^fe动过程中必须保证生产线中的每台电动机均能同^动,即不 会出现,和断线盼瞎况,i^就要求每台电动机按照自己的目标值分步起动,以保证金属丝的张 力控制在一定范围内。针对这一问题,本发明提出了阶梯魏动的工作模式,由于每台电动机的 鹏目标值不同,所以起动步长均不相同,但是它们的起动时间是相同的,也就魏动步长的数 量是一定的。在充分考虑电动机和变频器反应时间的ltfJi下,生产线倉,很稳定、很精确地按照 设计的31^^]。具体的每台电动lHii^目标值的计算方法如下:
拉皿度的基准是*时刻«^模的金属丝的秒流量#^不变,即有以下公M立:
<formula>formula see original document page 4</formula> (式1)
其中R: M金属丝的直径 V"鹏鍋丝的线鹏 r:出线金属丝的直径
V2:出线^M丝的^is
<formula>formula see original document page 4</formula> (式2) 其中Vdn:为第n台电动机的ff3I目标值
vn:为金属丝的^IS "为齿l&fl的自比
式l中速度的计算以多级,生产线的,速度VO为起始^l^计算,直到计算出第一^!
过拉模的,丝的速度。式2计算出拖动第n号巻筒的电动机的皿目标值。
第三部分、系«常运行:系统正常运行是在系鄉介梯起动完毕后,无i^刀换至自动运行模 式。自动运行模5^ffl PID调怖式,敏鞭制中,PID控制器题用最为广泛的一种自动控 审U器。它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制#^相对3竝、参数的选定比较简单靴点, 是一种最tt^制。本发明中,PID算法的比例、积分、微分参数可以倒可时刻MilM^^线修 改,因此,该算法具有很强的翻性。
第四部分、系统停车:当系统收到停车信号或者^线发生报警时,系劍絵停车。系统停 车时为了避免多台电动机不同步的情^^生,仍^和^J方法相同的频率阶梯下降的M停车。 这种停车方法同样要考虑无J^刀换的问题,即系统收至赔车信号或者妒线发生报警时,停辅
法将会以此刻PID控制器输出的数值作为停车的当前频率,并且计算出停车步长,然后将当前频 率依次减小,超停车。
第五部邻、监払系统:本发明戶/fi殳计的l^^系通魏既倉树妒现;t繊行鹏,同时又育树 现场的^参数进行实时修改。,系统可以监控^线的运行状况,给出故障信息,同B寸还要 求倉^131ffi^统修改传统PID算法的参数、系统的收线速度、选择控制器算法、每台电动机的 运,率目纟示值、两级之间的^丝张力给定值等。
该系统能有效提高丝>1^属物的^质量和^效率,Jo:作性能稳定、可靠性较高。本发
明设计的系统利用交流变频技术实现异步电动机的平滑调速;舰粒基于张力传離会賊的控 制系统实现被fe^M丝的松紧度控制;翻阶梯魏动停车方法和闭环PID算法实m^统的m 切换和稳定运行;i顿可编^^制器作为系^e制器,保证了系统的控制灵活性和工作稳定性; 另外,系縦设计了点动、联动和实时H5e等功能,实现了生产线機方便、系统参数修改容易、 ^工况实时监控靴点。
本发明的优点和积极麟:
本发明控制系统不仅能使多级雖伊线妒出质量优秀的金属制品,而且针对于不同直径 的,丝产品系统参数调整比较方便。
i娥制系鄉用阶梯分繊动和阶梯分级停止的方鄉i!ES条妒繊动和停止的同步性和 平稳性,保i萨品质量。同时,系^g^至频率目标值时,舰激切换实现系统的闭环PID调 节。当系统停车或者发生故障时,以此刻各台变频器运行的数值为起点,鄉降频,保证安全停 车。
同时,在系繊动过程中增加了点动和联动功能,提高挂线效率。点动功能是指控制单台电 动机的运转,联动功能是指控制某一级之前所有电动机的运转。
另外,本发明控制系^S制精度较高,工作性能稳定,妒效報高,{顿方便、操作灵活,
本发明控制系舰本低,工作性能稳定、可靠,实现较为方便,控制鄉舰,能大大提高雖 ^线的生产效斜卩«丝的产品质量。
【附图说明】:
图1是本发明系统的控制框亂
图2是多级,4^^B—个^M例的工作原理图;
图3是多级雖妒織二个^M例的工作原理图;
图4是张力控制系统的工作原理图;
图5是张力传麟结构图;
图6是系统阶梯起动和停止的工f^f式示意图;
图7是PLC软件禾骄,图。
图中:1、拉丝模l; 2、拉丝模2; 3、雖模3; 4、雖模4; 5、鹏模n; 6、巻筒l; 7、 巻筒2; 8、巻筒3; 9、巻筒4; 10、张力领!l量l; 11、张力测量2; 12、张力测量3; 13、张力测 量4; 14、排线导轮;15、中^):户;16、 7K冷器;17、张力盘;18、縦电动机;19、麟盘I、 n; 20、巻筒n-l; 21、巻筒n; 22、张力测量n國l; 23、张力测量n; 24、齿轮^I箱;25、电动 机;26、变频器;27、旋转导线轮;28、轴;29、传ig^立法30、角度传繊;31、弹乾32、 曲柄;33、赚履带。
【具体实i6fc^】: 实施例l:
图1给出了本发明的系離制框图。i錢^^用可编禾M)^制器plc作为控制器,系统鹏
量为两级,模之间金属丝的张力,系统的给定值为两级,模之间的金属丝处于最佳绷紧度时 的张力传^i得的张力值(该值可以视现场的情况断乍变动)。当张力传^1»照的张力值与给 定值不相等时,可编禾M^e制器内部的pid算法将输出一定大小的数值给变频器,aa变频器改 变异步电动机的,,从而增M者减小,丝拉拔时的张力大小,以实mft佳张力调节的目的。
图1中控制器为可编gmS制器plc,执行器为'顿器和异步电动机,»^为鹏箱和巻筒。
图2给出了多级拉丝系统的一个实施例,以四级(n^),丝拉m^统为例。该系»要
由雖模14、张力传繊1(M3、巻筒^9、中频炉15、 7jC冷器16、张力盘17、縦电动机18、 收鄉和麟电动机19等部分舰。鍋丝首5taA第一级雖模l,紐第一级拉丝模l变径
后缠雜U1井巻筒6上,会Sll弁张力传感器10测量张力后,iftA第:im,模2,经过第二级拉 丝模2变径后缠缀1』2#巻筒7上,纟敏2#张力传繊11测量张力后,SA第违fe^模3,依 此難。鍋丝纟纽4弁张力传麟13测量张力后j^戦导轮14,使得鲷丝变得更加平直, 纟纽中频炉15加热和7K冷器16 y柳后,舰张力盘17和鹏电动机18,然后iSA麟盘19, 完^M丝拉虹艺。
图4给出了以1#巻筒6乡贼的张力控制系统为例,说明张力控制系统的工作原理。 如图4戶标,该图的1#张力传繊10设置于1#巻筒6和2#雖模2之间,当顿丝3i^ 或甜紧时,1弁张力传離10测量的张力值将实时反馈到PLC中,舰PLC中PID算法的计 算,向l弁变频器26输出4〜20mA的模拟量控制信号,舰1#变频器26控制1#异步电动机 25,从而皿齿轮^31箱24控制1#巻筒6的旋$|31;度,以达到对张力调节的目的。
同样,2#巻筒7纟賊的张力控制系统的2#张力传繊11體于2#巻筒7和3弁雖模3 之间,依次難,可以推理到多级张力控制系统。
图5给出了张力传繊的结构图。其主要由角度传繊30、旋转导轮27、曲柄32、传繊立 柱29、弹簧31等几部分构成。当鍋丝会超旋转导轮27时,由于张力作用)l絵使得旋转导轮27 的高度附氐,弹簧31被拉伸,此时铰轴28会随着曲柄旋[定的角度,这个旋转的角度ffiii橡 胶履带33传邀合角度传繊30,舰角度传離30输出4〜20mA的标准电流信号并反馈到可
编禾sms制器PLC,因ithiim传麟可以有效地测取被J检属丝的张力。
图6给出了系统阶梯起动、停车和自动运行的工作过程。图中SV代^定值,PV代表反馈 值,A为系^^动时,变频器频輔加的步长,A2为系统停止时,顿器频率减小的步长。" ilii每台电动机的目^3I皿应的目标il^计算,A2根据系统赔ij停止信号或者故障信号时刻的 频率顿计算。系乡琉动时变频器频率由零以A,为步长阶梯增加,当系繊动至目标離时,自 动切赔PID自动运行状态。当系统接鹏帳车信号或者妒线出现故障时,禾骄将此刻PID调 节辦俞出的控制量作为停车的起始频率按照A2的步长依7爐减,赶系统完全停止。
图7为PLC软件禾骄流程图。该图给出了本发明戶滿写软件的总体思路,软件禾ii^&含了生 产线设i"Hl程中所涉及的主要内容。
实施例2
图3给出了N级拉丝系统的另一个实施例,N可以选大于2的任意自然数。该图说明本发明 设计的自动控制系鄉于N级拉丝系统同样翻。四级金属丝拉縣统完全可以扩顧哆级,其 控制方式不变、难易SS不变、控制效果不变,仅是,系统级数以及成本8§^增加。

Claims (2)

1、一种多级拉丝生产线自动控制系统,包括N级由拉丝模、卷筒及其驱动装置构成的拉丝单元,以及拉丝单元后依次设置的排线导轮、中频炉、水冷器、张力盘、递送电动机和收线盘,其中N为大于2的自然数,其特征是在各级拉丝系统内分别安装有一个张力控制系统,该张力控制系统包括: 一个张力传感器,安装于各级拉丝系统内的卷筒和拉丝模之间,用于测量对应拉丝系统内的钢丝的张力值,并将该张力值反馈到可编程序控制器PLC中; 一个可编程序控制器PLC,通过可编程序控制器内部的PID算法,用于将反馈的张力值与给定值比较,根据比较结果输出一个控制信号给变频器,通过变频器改变异步电动机的转速,进而控制相应卷筒的旋转速度,从而增大或者减小金属丝拉拔时的张力大小,以实现最佳张力调节; 一个变频器和一个异步电动机,用于接受可编程序控制器PLC发出的控制信号,通过变频器改变异步电动机的转速,进而控制相应卷筒的旋转速度。
2、 根据权利要求l戶脱的多级雖妒线自动控制系统,辦征是张力传麟的构成包括, 固定的传自立柱,铰接在传自立fei:的曲柄,该曲柄的一端ffi31旋转导轮与被测拉丝紧密接触,曲柄的另一端连接一个弹簧,曲柄铰轴舰履带连接角度传離,旋转导轮将拉丝的张力转变为曲柄铰轴的糊,并由角度传繊反馈到可编禾M^g制器PLC。
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