一、系统方案介绍
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。
该系统为卧式直进式拉丝机,放线采用被动放线；调试时系统在#1~#6电机之间完成5级模具的压缩拉伸。由#6线盘输出的成品经过张力架收于收线盘上，收线盘的转速由#7电机控制。
#1～#7变频器均采用速度控制，系统最高线速度为15m/s，拉伸部分对应的运行频率为80Hz左右
其中#6变频器的设定频率由PLC给定，该设定频率决定了当前工作的线速度，系统工作时PLC通过485通信的方式更改P0.05来更改设定频率；而#1~#5变频器的设定频率是前级变频器的运行频率和摆臂反馈信号PID调节合成的复合给定。前级变频器的运行频率通过其DO输出，送入当前变频器的DI输入，该DI脉冲信号经过相对于最大脉冲输入设定P5.10折算出一个主给定Fm，摆臂信号0~10V的模拟量送AI1和平衡位置5V作PID调整，实时产生一个PID分量作辅助给定Fpid；#1～#5变频器的设定频率就是Fm+Fpid；#7变频器的设定频率就是一个PID调节的输出，张力架上的位置反馈信号0~10V反馈到#7变频器的AI1和平衡位置5V作PID调整。
#1～#5电机为11kW，#6~#7电机为15kW。均为6级电机，皮带轮传动。
在停机时PLC根据压缩比以及传动比来确定#1~#5变频器的P5.10最大脉冲输入，在不计运行的动态偏差的理想情况下，前后级的同步基本由主给定Fm确定，PID只是在动态时起一个辅助调整的作用。在运行时，可通过触摸屏调整当前的线速度，该线速度是PLC按照时间间隔依次递增或者递减的，一般100mS上升0.1Hz。运行和停机时PLC可以根据需要轮询#1~#7的运行频率，运行电流，摆臂位置，并可在线设定PID的调节增益以及P5.10等变频器功能参数。
调试参数一览
#1~#5功能码设定如下
共同设定：
序号 功能码 当前值 出厂值 上限 下限 名称 4 P0.03 3 0 7 0 控制运行模式
5 P0.04 4 0 4 0 开环主给定方式
6 P0.05 0.00 50.00 300.00 0.00 开环数字频率给定
7 P0.06 1 0 2 0 运行命令给定方式
9 P0.08 1.0 20.0 3600.0 0.1 加速时间0
10 P0.09 1.0 20.0 3600.0 0.1 减速时间0
12 P0.11 100.00 50.00 300.00 0.01 最大输出频率
14 P0.13 100.00 50.00 300.00 0.00 频率上限
38 P3.03 0.20 0.50 60.00 0.00 起动频率
40 P3.05 1 0 2 0 停机方式
46 P3.11 8.00 5.00 50.00 0.10 点动频率
47 P3.12 30.0 6.0 60.0 0.1 点动加速时间
48 P3.13 30.0 6.0 60.0 0.1 点动减速时间
86 P5.00 0 99 99 0 X1端子输入功能选择
87 P5.01 2 99 99 0 X2端子输入功能选择
88 P5.02 20 99 99 0 X3端子输入功能选择
92 P5.06 5 99 99 0 X7端子输入功能选择
113 P7.01 48 1 71 0 Y2/DO端子输出功能选择
122 P7.10 20.0 10.0 50.0 0.1 Y2/DO最大输出脉冲频率
131 P8.00 5.00 0.00 10.00 0.00 闭环数字电压给定(模拟量反馈)
134 P8.03 0.010 0.200 10.000 0.000 比例增益KP
135 P8.04 0.030 0.500 10.000 0.000 积分增益Ki
138 P8.07 0.0 5.0 20.0 0.0 偏差极限
139 P8.08 0010 0000 0011 0000 PID调节选择
143 P9.01 6 4 24 2 电机极数
144 P9.02 970 1500 30000 0 额定转速
145 P9.03 11.0 11.0 999.9 0.4 额定功率
146 P9.04 24.6 21.7 999.9 0.1 额定电流
147 P9.05 11.4 8.4 999.9 0.1 空载电流I0
205 PC.00 6 6 8 4 通讯波特率
分别设定：
#6功能码设定如下
序号 功能码 当前值 出厂值 上限 下限 名称
4 P0.03 4 0 7 0 控制运行模式
5 P0.04 0 0 4 0 开环主给定方式
6 P0.05 0.00 50.00 300.00 0.00 开环数字频率给定
7 P0.06 1 0 2 0 运行命令给定方式
9 P0.08 1.0 20.0 3600.0 0.1 加速时间0
10 P0.09 1.0 20.0 3600.0 0.1 减速时间0
12 P0.11 100.00 50.00 300.00 0.01 最大输出频率
14 P0.13 100.00 50.00 300.00 0.00 频率上限
40 P3.05 1 0 2 0 停机方式
46 P3.11 7.00 5.00 50.00 0.10 点动频率
47 P3.12 60.0 6.0 60.0 0.1 点动加速时间
48 P3.13 30.0 6.0 60.0 0.1 点动减速时间
86 P5.00 0 99 99 0 X1端子输入功能选择
87 P5.01 2 99 99 0 X2端子输入功能选择
92 P5.06 5 99 99 0 X7端子输入功能选择
96 P5.10 20.0 10.0 50.0 0.1 最大输入脉冲频率
100 P6.00 4444 0000 4444 0000 AI1~AI3、DI模拟量输入曲线选择
129 P7.01 48 1 71 0 Y2/DO端子输出功能选择
138 P7.10 20.0 10.0 50.0 0.1 Y2/DO最大输出脉冲频率
166 P9.01 6 4 24 2 电机极数
167 P9.02 970 1500 30000 0 额定转速
168 P9.03 15.0 11.0 999.9 0.4 额定功率
169 P9.04 34.6 21.7 999.9 0.1 额定电流
170 P9.05 15.5 8.4 999.9 0.1 空载电流I0
231 PC.00 6 6 8 4 通讯波特率
233 PC.02 7 1 247 1 本机地址nextpage
#7功能码设定如下
序号 功能码 当前值 出厂值 上限 下限 名称
4 P0.03 3 0 8 0 控制运行模式
5 P0.04 0 0 4 0 开环主给定方式
6 P0.05 0.00 50.00 300.00 0.00 开环数字频率给定
7 P0.06 1 0 2 0 运行命令给定方式
9 P0.08 1.0 20.0 3600.0 0.1 加速时间0
10 P0.09 1.0 20.0 3600.0 0.1 减速时间0
12 P0.11 100.00 50.00 300.00 0.01 最大输出频率
14 P0.13 100.00 50.00 300.00 0.00 频率上限
86 P5.00 0 99 99 0 X1端子输入功能选择
87 P5.01 2 99 99 0 X2端子输入功能选择
100 P6.00 4444 0000 4444 0000 AI1~AI3、DI模拟量输入曲线选择
154 P8.00 5.00 0.00 10.00 0.00 闭环数字电压给定(模拟量反馈)
157 P8.03 0.080 0.200 10.000 0.000 比例增益KP
158 P8.04 0.100 0.500 10.000 0.000 积分增益Ki
159 P8.05 0.000 0.000 10.000 0.000 微分增益Kd
160 P8.06 0.002 0.002 30.000 0.001 采样周期
161 P8.07 0.0 5.0 20.0 0.0 偏差极限
162 P8.08 0010 0000 0011 0000 PID调节选择
166 P9.01 6 4 24 2 电机极数
167 P9.02 970 1500 30000 0 额定转速
168 P9.03 15.0 11.0 999.9 0.4 额定功率
169 P9.04 34.6 21.7 999.9 0.1 额定电流
170 P9.05 9.5 8.4 999.9 0.1 空载电流I0
171 P9.06 0.273 0.407 65.000 0.000 定子电阻R1
172 P9.07 2.2 2.6 2000.0 0.0 定子漏感L1
173 P9.08 0.199 0.219 65.000 0.000 转子电阻R2
174 P9.09 57.6 77.4 2000.0 0.0 互感L2
231 PC.00 6 6 8 4 通讯波特率
233 PC.02 9 1 247 1 本机地址
二、工艺介绍：
1、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。
2、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了。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。
3、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。
4、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。
5、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、蓝海华腾产品特点
1、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。
2、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。
3、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。
4、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）
5、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：
1、拉伸部分选型：V5-T-4T**-T0-LS
2、收卷部分选型：V5-T-4T**-T0-SX(有张力架方式)
V6-H-4T**(无张力架方式，无需卷径计算)
V6-T-4T**-T0(无张力架方式，需要卷径计算)
3、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。
4、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；
5、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。
