直線式拉絲機(jī)精調(diào)及工程實現(xiàn)

1、直線式拉絲機(jī)精調(diào)及工程實現(xiàn) 摘 要：本文主要論述了如何運用pid參數(shù)進(jìn)行精調(diào)，使該設(shè)備的控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定性要求。 關(guān)鍵詞：pid；精調(diào)；控制；穩(wěn)定 一、直線式拉絲機(jī)的優(yōu)點及難點 直線式拉絲機(jī)的優(yōu)點是：該設(shè)備是由多個拉拔頭組成的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，通過逐級拉拔，可以一次性地把鋼絲冷拉到所需的規(guī)格，且工作效率高，適用拉拔彈簧鋼絲、制繩鋼絲、簾線鋼絲、胎圈鋼絲、藥絲焊絲、氣保焊絲、鋁包鋼絲、預(yù)應(yīng)力鋼絲、膠管鋼絲及各類低、中、高碳鋼絲等。 二、拉絲原理介紹 工作原理：拉絲過程中，經(jīng)過拉絲模后，鋼絲由粗變細(xì)，由短變長，但鋼絲的總體積不變。現(xiàn)設(shè)進(jìn)線 電機(jī)頻率為f1，求出線電機(jī)頻率f2 ： 由于鋼絲拉拔前后總體積

2、不變，得：2=1 1=r12v1 t （1） v1為進(jìn)線速度 2=r22v2 t （2） v2為出線速度 由（1）（2）式得：v2/ v1= r12/ r22 v1=60f1/p1/1 （3）式中 f是電機(jī)頻率， p是電機(jī)極數(shù)，是減速比 v2=60f2/p1/2 （4） 由（3）（4）式得 f21 / f12= r12/ r22 經(jīng)推導(dǎo)得 f2=2/1 （r1/ r2）2f1 （5） 然而，上述公式僅適用于穩(wěn)定狀態(tài)，在工程實際中，由于眾多因素，使得進(jìn)線速度和出線速度不能精確匹配，而造成斷絲或松套。 三、影響斷絲和松套的原因分析 由于直線式拉絲機(jī)活套活動范圍小，所以對運行速度的穩(wěn)定精度及動態(tài)響應(yīng)

3、要求更高、更快。影響穩(wěn)定的因素很多，有工藝上的，也有電氣方面的，主要有以下幾方面因素： （1）因f2是理論計算出來的值，同時由于頻率轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)速的機(jī)械運動，也有延遲，因此，與理想狀態(tài)不符； （2）電機(jī)在大負(fù)載時有拖曳現(xiàn)象； （3）模具在拉絲過程中，孔徑會磨損變大，因此比值平方會變化； （4）從啟動到穩(wěn)定工作狀態(tài)，模具及材料溫度有變化； （5）材料的硬度及表面合含成分等都有差異； （6）卷筒是用水冷卻的，模具加藥粉潤滑； （7）轉(zhuǎn)速比測的是當(dāng)變頻器為50hz時卷筒的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，測量是存在誤差的。 以上所述各種因素都可能影響拉絲的穩(wěn)定性，也很難證明那種因素是主要的，那種是次要的，但不管怎么說，結(jié)果

4、造成了一個頻率誤差，因此上述（5）式應(yīng)為 f2=2/1 （r1/ r2）2f1f 但是他們綜合作用的結(jié)果，會通過那個物理量表現(xiàn)出來，又是如何轉(zhuǎn)換成匹配的f調(diào)整量的。如果我們能找出f并正確的補償這個誤差，正是我們研究的核心技術(shù)，也是拉絲電機(jī)頻率f1反映的延遲。 四、工程解決方案 兩種解決方案的圖示對比，如下圖1： 通過上圖1可以看出，采用圖1擺臂明顯可以調(diào)節(jié)兩機(jī)臺之間的直線緩沖。 上述所列的各種影響因素，在拉絲過程中，其實主要表現(xiàn)在兩個拉絲卷筒之間的鋼絲是緊，還是松，如果緊到一定程度，就會斷絲，如果松到一定程度，就會松套，因此應(yīng)該把松緊程度采樣出來，采樣的方法我們采用了擺臂； 圖1沒有采用擺臂，

5、a，b兩點間鋼絲松緊無法顯示； 圖1采用擺臂，顯然延長了a，b兩點之間的距離，擺臂可前后移動，如果擺臂在c點為平衡點（不緊，不松），那么到d點時就是緊了，而到e點就是松了； 其次，在擺臂上再安裝一個模擬量傳感器，擺臂的前后運動范圍轉(zhuǎn)化為010v的電壓信號，通過a/d變換將這個電壓信號變成數(shù)字量，剛好在變頻器上有a/d變換功能，變換后的數(shù)字量e，通過plc與變頻器的通信，寫到plc的數(shù)據(jù)塊中，但是我們需要的是速度的調(diào)整量，即變頻器輸出頻率f，f與e之間是一個模糊的函數(shù)關(guān)系，我們不妨用二次微分方程來逼近它。 df（t） =ke（t）+k/l0t e（t）d（t）+dde（t） /d（t） 近似程度

6、的好壞，就在于k，l，d三個參數(shù)的確定，這是問題的核心。 ke（t） 是比例項 k/l0t e（t）d（t） 是積分項 dde（t） /d（t） 是微分項，微分項為的是提高反映速度，在拉絲機(jī)項目中，實踐證明，微分項可不用，主要是由于機(jī)械運動慢的原因，上述論證正是自動控制理論中的pid控制，這是解決模糊控制的十分有效的利器。 要解上述這個微分方程，用計算機(jī)來解采用疊代法，即第n次調(diào)整量與含有n-1次調(diào)整量相關(guān)，可喜的是在西門子s7-300系列plc中有pid算法模塊，即fb41模塊，使用了如下公式： mn=mpn+min mpn= kc（spn-pvn）= kcen min= kcts/ti（spn-pvn）+mx 式中mx為采樣n-1時刻的積分前項；f=pid= mn 上述計算是由模塊fb41內(nèi)部計算的，這是西門子公司版權(quán)的模塊，我們只是調(diào)用給它輸入相應(yīng)參數(shù)值，則就可得出f。 因此調(diào)試?yán)z機(jī)，使其不斷絲，不松套，主要就是調(diào)整這兩個參數(shù)，比例kc及積分ti 。 為使控制盡快進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，即擺臂在平衡點處小幅抖動，只有通過調(diào)試，逐個機(jī)臺反復(fù)試，則存在最佳值，經(jīng)驗告訴我們，此最佳值在同型號拉絲機(jī)上，如各項機(jī)電參數(shù)相同，則可以作為基礎(chǔ)參數(shù)，再進(jìn)行微調(diào)，即使模具孔徑變化也