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交流伺服驱动系统在铜杆上引连铸机上的应用

2009.03.12阅读 5055

   从20世纪90年代开始,我国电线电缆行业迅速发展,铜线杆的需求急剧增长,缺口大部分从国外进口。随着电磁线、通讯电缆及其他特种用途电线电缆的迅速发展,多线多模高速拉丝机的出现,对铜杆的要求越来越高,小规格铸坯生产的铜杆越来越不能满足要求。
  随着电气方面的不断发展,对铜导线的质量要求越来越高,为了获得优质的光亮铜杆,国内外设备制造厂家和铜线杆生产厂家均在生产工艺、装机水平、质量检测和管理方面作了大量工作,以提高质量,降低成本。特别是无氧铜上引连铸生产工艺的出现,为电线电缆行业提供了由电解铜板直接生产φ8铸态无氧铜杆的加工可能,大大提高了铜线杆生产的自动化程度www.cechina.cn,特别是在牵引速度、收卷容量和产品质量等方面都比以往有了较大的提高,整机性能大为改善[1]。
  为了进一步提高铜杆的质量和产出效率,我们将交流伺服电机驱动系统引入铜杆上引连铸机上,取得了很好的效果。
  铜杆生产的控制方式
  铜杆生产控制方式从过去到现在经历了几个发展、演变过程:
  传统凸轮方式
  传统的方法,是采用交流异步电动机连续运转,通过凸轮等机械结构来保证铜杆牵引的起行和停止动作,最大的缺点为起停频率最大只能

达到2~3次/秒,而且机械容易损坏、维修率高,而且现场噪声大;采用伺服控制驱动系统,利用其响应时间短的特点,就轻易能使起停频率达到8~10次/秒,使生产效率大为提高,而且运行时间Ton和停止时间Toff等工艺参数的修改也变得极为容易。
  开关控制方式
  采用伺服驱动器后最早的控制方式为开关控制方式,即简单地利用PLC的一个输出接口,根据Ton和Toff来控制输出继电器的导通时间和断开时间,使伺服驱动器的模拟输入接口在可调电压和0之间切换,从而控制电机运行的速度和起停时间,工作方式如图1所示:

开关控制方式


  图1  开关控制方式


  开关控制方式虽然控制方式简单,但在提高开关频率后,由于负载情况的变化,实际的Ton和Toff时间每个周期都不同,导致结晶时间不均匀和铜杆节距L一致性差,在实际生产过程中断杆率较高,生产出来的铜杆也不符合质量标准。
  数控控制方式
  为了在保证铜杆质量的前提下提高铜杆的生产效率,我们采用数控控制方式,将我公司生产的车床数控系统替代PLC,根据连接在电机轴上的编码器反馈作为铜杆位移的当量的反馈值控制工程网版权所有,并与程序设定的位移量比较,从而可以保证铜杆节距L的一致性。其工作方式如图2所示:

数控控制方式
  图2  数控控制方式


  采用数控控制方式可以与大部分的伺服驱动系统连接,只要其具有模拟式接口CONTROL ENGINEERING China版权所有,考虑到成本以及伺服驱动产品的成熟度的关系,以前都会选用这种工作方式。
  PLC位置控制方式
  随着驱动控制技术的发展,数字化技术在驱动产品上的应用,数字式的伺服驱动器可以具有位置闭环功能控制工程网版权所有,即可以接受外部上位机(如PLC)发出的脉冲信号,脉冲信号的频率对应电机的运行速度,脉冲的个数对应电机运转的角度。而且随着电力电子技术的发展,数字式伺服驱动系统产品的价格大幅下降且可靠性也得到了极大的提高。因此,采用PLC位置控制方式也成为了可能。其工作方式如图3所示:

PLC位置控制方式
  图3  PLC位置控制方式


  我公司生产的KT270全数字交流伺服驱动系统采用DSP(数字信号处理器)芯片,该芯片专用于大量数据的实时分析和处理,可以高效地完成位置环、速度环和电流环三环的闭环运算,轻易地对电机进行矢量控制和最优化控制CONTROL ENGINEERING China版权所有,不仅使电机运行平稳,而且动态响应快、超调小。配合最新的智能化功率器件IPM,使驱动器的整体可靠性大为提高,体积小巧、操作简便,监视功能齐全[2]。
  由于具有脉冲位置及模拟速度二种输入控制方式,可以很方便地与模拟输出的中高档数控系统组成位置闭环系统,也可以很方便地与脉冲输出的经济型数控或PLC系统连接,以实现对铜杆牵引的控制。
  另外,由于伺服驱动系统内还可分别设置位置输入和输出指令脉冲的分、倍频(电子齿轮功能),大大方便了系统工艺参数的调整。
  该伺服驱动系统过去一直和数控系统配套,在机床行业的应用已经有了数年的经验,最近几年由于市场的需要,还拓展了不少应用领域,例纺织、包装等行业。冶金行业和这些行业的应用有较大的不同,特别是铜杆上引连铸机对伺服驱动系统有着更特殊的要求,要求有更快的响应速度、更强的环境适应能力和更高的可靠性。
  铜杆上引连铸机对伺服驱动系统的特殊要求
  较快的响应速度
  铜杆上引连铸工艺需要电机带动减速机减速后通过牵引,从高温铜冶炼炉中将铜水往上牵引出来,过快的牵引速度会导致结晶时间不够,铜杆极易断裂,需要整机停机重新牵引;不稳定的牵引速度又会使铜杆生成过程不均匀,极易出现裂缝,在后期冷轧过程中极易断裂;过慢的牵引速度又会降低整机的生产效率,即在相同时间的熔炉电力耗费,产出的铜杆吨数少,而这对冶炼行业来说是一个很

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