多电机速度同步技术在分体传动框绞上的应用及推广

1 引言

框式绞线机是由收排线机、牵引、绞笼、中心放线盘 (架) 及上盘装置等组成的绞线机组。绞线机组的核心工艺要求就是要让多股的单丝按固定的节距均匀绞合在一起。而实现的原理就是让牵引的线速度和绞笼的转速成固定的线性比例关系。这个比例就是绞合节距, 其关系式为:节距=牵引线速÷绞笼转速。并且在任何工况条件下都保持相对不变。传统技术是通过硬件连接, 并靠齿轮变换速比来实现。即由一个主电机带动牵引并通过36级变速箱及地轴、6级绞笼变速箱来同时驱动各段绞笼。这样通过36级变速箱和6级绞笼变速箱的档位配合, 可以得出不同的有限的固定的节距。这种驱动结构, 不但机械结构复杂, 维护成本高, 而且还会因为大惯量负载的高速旋转, 齿轮间会产生很大的冲击, 发出很大的噪音, 且得不到想要的准确的节距, 操作也很烦琐。经常会出现变速箱漏油, 齿轮损坏或是地轴联接器断裂等。维护保养难度较大, 维护成本也高。为了克服这些缺点, 分体传动框绞机应运而生, 从而有了多电机速度同步控制在大惯量负载中的技术应用。

2 分体传动框绞的结构特点

此机组主要特点是各运动单元部件由分立的单独电机驱动。牵引电机通过变速箱直接驱动牵引轮, 每段绞笼分别由各自的电机通过两级大模数同步带驱动。省去了36级变速箱、6级绞笼变速箱及地轴传动系统。同时可选配独立的绕包和预扭单元。完美实现了结构简洁, 维护方便, 操作相当简便, 只需在触摸屏上设置所需的每层的绞合节距及绞合方向等, 机组就可自动运行。自动化程度很高, 操作工只需简单培训, 就可熟练操作该机组。在有效节距范围内节距任意可设。同时绞笼极限转速也得到了很大程度上的提升, 比原来提升了25%左右。机械噪音也比地轴式的小了很多, 运转平稳可靠, 能耗较低。并且由于牵引和每段绞笼都可独立运转, 所以穿牵引引绳相当快捷方便, 且可实现任意组合运转。各段绞笼也可同时上下盘, 互不干涉, 从而缩短了上盘辅助时间。提高了绞线设备的工业自动化水平, 很大程度上提高了劳动生产率。颇受广大客户欢迎和青睐, 市场前景相当好。

3 分体传动框绞的工艺要求及控制要点

3.1 绞合节距恒定

分体传动框绞关键的工艺要求就是要保证牵引, 各段绞笼在各种工况条件下的速度同步, 保证节距误差在规定误差范围内。主要工况有:点动, 启动, 减速停止, 快速停止 (5s左右) , 断电及在各种故障条件下。总之就是要保证在各种工况条件下, 各个电机始终都是速度同步的。如若不然就会造成废次产品。

3.2 绞笼内线盘的单丝放线张力恒定

即按工艺要求设定好单丝的放线张力后, 在满盘到空盘的任何时刻, 单丝张力恒定不变。

3.3 断线快速停车控制

由于线缆绞合过程中, 不允许有断线。因此一般断线后, 都要进行修复。故断线时, 要求机组能快速停下来, 让断点走得越短越好, 这样才便于修线。但如果断点跑到下一段绞笼中心管里, 则很难修复了。所以断线时, 机组必须迅速反应并快速停止, 同时要保证节距误差。

4 多电机速度同步控制原理

每台电机采用矢量变频器控制 (或直流调速器控制) , 控制方式为编码器反馈闭环矢量控制, 采用PLC通过总线统一同时控制各台变频器的动作和速度均匀给定。各自变频器再通过自身的矢量闭环控制系统作PID调节, 达到相对速度同步的目的。通过上海鸿盛鸿多个项目的实践检验, 这种控制方式完全能达到绞线的工艺要求。

5 多电机速度同步控制在分体框绞上的应用

5.1 控制方案

1) 驱动器采用丹佛斯FC302矢量变频器, PLC为西门子S7-300, 上位机为西门子MP277触摸屏。控制电源采用UPS电源。通过Profibus总线控制, 另加高速计数器模块FM350-2, 配CKD比例控制器及比例阀。用CKD比例阀来控制刹车装置的气压, 从而控制机械刹车。变频器制动电阻按10%制动周期选择。CKD比例阀的控制电压由PLC通过内部计算输出, 保证机械制动和变频器制动电阻的能耗制动的同步协调。刹车系统的气路系统独立设计, 以确保反应动作灵敏迅速 (见图1) 。有效解决了在不增加制动功率的条件下, 快速制动停车, 且保证了节距误差。绞笼内放线张力采用气动气缸调节, 其压力由CKD比例阀调节, 并通过PLC自动计算其线盘储线的半径, 自动在线实时调节气缸气压, 从而保证放线张力的恒定。每个放线盘采用独立的脉冲传感器和控制器, 反应灵敏, 设置维护方便。上盘采用摆线针轮减速器, 输出力矩大, 且电机带电磁制动器。上盘自动定位, 定位准确, 上下盘方便快捷。

2) 驱动器采用派克690变频器, 其余同1) 。

3) 驱动器采用派克590直流调速器, 其余基本同1) 。

5.2 应用效果

通过上海鸿盛鸿在伊朗、印尼、泰国、马来西亚等多个国外项目, 及重庆、广州、湖南、江苏等多个国内项目的应用实践, 上述方案完全成功实现, 并得到了客户的好评。使多电机速度同步控制技术得到了进一步的提升和完善, 现在这项技术已经应用得相当成熟和稳定。

6 结束语

通过上述分析及上海鸿盛鸿的项目实践, 可以得出多电机驱动的速度同步技术, 完全可以应用于线缆设备的其它一系列分体传动产品中。例如分电机非滑动式拉丝机, 分电机笼绞机, 分电机管绞机及分电机盘式成缆机等一系列分电机控制的线缆设备, 都可以应用此项技术。此项技术有很广泛的应用推广性。

摘要：主要介绍了分体传动框绞的相对地轴式传动框绞的特点, 并阐述了分体传动框绞的工艺要求, 论述了多电机速度同步技术的原理, 并例举了这种技术在分电机传动框绞控制上实现方案及方法, 最终论证了这种技术应用的可行性和推广性。

关键词：多电机,速度同步技术,分体框绞

参考文献

[1] 徐红芹, 和进明, 胡兆敬.新型框绞机的研制和应用[J].电线电缆, 2006 (3) 41-44.