專利名稱：活套拉絲機交流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活套式拉絲機交流調(diào)速自動控制系統(tǒng)，它屬于電氣自動控制領(lǐng)域，特別適用于活套式拉絲機的交流調(diào)速。
目前國內(nèi)外廠家生產(chǎn)和使用的活套式拉絲機均采用直流電機傳動，雖然直流傳動在生產(chǎn)中能夠滿足工藝要求，但由于拉絲機工作環(huán)境惡劣，如鐵粉及肥皂粉等，使直流電機整流子磨損嚴重，設(shè)備故障率高。維護工作繁重，給生產(chǎn)及設(shè)備維護造成很大的困難。目前國內(nèi)活套式拉絲機定型產(chǎn)品，采用可控硅整流裝置集中給電樞供電，以調(diào)節(jié)激磁電流來改變電機轉(zhuǎn)速，該方案電機調(diào)速范圍有限，控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)差，由于沒有處理好活套調(diào)節(jié)量與系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，因此活套的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)實際上不能使用，致使控制系統(tǒng)處于開環(huán)運行狀態(tài)，失去了自動控制的功能。近年來，我國引進的西德及瑞典的活套式拉絲機均采用可控硅直流電樞分別供電，并配有活套檢測的自動控制功能，這樣可以滿足多品種工藝要求及高拉撥速度，但系統(tǒng)復(fù)雜而寵大，控制柜占地面積大，價格昂貴。
我們都知道，交流電機與直流電機相比具有轉(zhuǎn)動慣量小的優(yōu)點，所以交流電動機的起動及正反轉(zhuǎn)變化快，機械磨損小，速度動態(tài)響應(yīng)高。由于交流電機不存在直流電機換向所帶來的先天弱點，在結(jié)構(gòu)、制造、安裝環(huán)境、運行維護、轉(zhuǎn)動慣量、體積、重量、成本、極限容量等方面都優(yōu)于直流電動機。所以本發(fā)明的目的是要提供一種交流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的活套式拉絲機，即用交流電動機代替直流電動機傳動，用交流脈寬調(diào)制型PWM變頻器調(diào)速系統(tǒng)來代替可控硅供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。它的應(yīng)用可以提高效率(η＝0.9)或功率因素(Cosφ＝0.9)，并且電機轉(zhuǎn)矩脈動小，尤其在低速運行時，起動力矩大，轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，速度動態(tài)響應(yīng)高，完全可以滿足拉絲機的工藝要求。
本發(fā)明是由活套式拉絲機，傳動電機，主供電回路和控制電路組成的活套式拉絲機自動控制系統(tǒng)，其特征是活套式拉絲機的傳動電機采用交流電動機(JD)、主供電回路采用每臺交流電動機由一臺PWM脈寬調(diào)制型交流變頻器(NB)供電，其控制電路主要利用了活套(T)的作用，增加了活套位置檢測器(TC)，使速度能自動控制?；钐孜恢脵z測器是由磁敏二極管和線性放大元件等器件組成。活套式拉絲機的自動控制主要是通過活套位置變化的反饋量來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，當拉絲機轉(zhuǎn)筒之間的速度發(fā)生變化時，每臺轉(zhuǎn)筒上鋼絲的秒流量也將發(fā)生變化，這樣通過鋼絲的作用轉(zhuǎn)筒之間活套的位置也將發(fā)生變化，利用活套位置的變化來調(diào)節(jié)檢測器，發(fā)出檢測信號給控制電路進行綜合，達到自動控制電機轉(zhuǎn)速的目的?；钐资嚼z機的另一個特點是，每一個活套直接控制其下游轉(zhuǎn)筒，在運行過程中當一個轉(zhuǎn)筒的速度發(fā)生變化時，其下游轉(zhuǎn)筒通過其各自對應(yīng)的活套檢測信號逐步改變其轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)達到新的動態(tài)平衡。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，活套式拉絲機每一臺轉(zhuǎn)筒由一臺交流電動機拖動，每一臺交流電動機由一臺脈寬調(diào)制型PWM變頻器供電，變頻器根據(jù)控制信號改變其輸出的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速?；钐资嚼z機采用的脈寬調(diào)速系統(tǒng)，主要由供電單元、繼電控制單元、給定單元、停車監(jiān)視單元、綜合控制單元、選擇單元和活套檢測單元等組成。供電單元主要包括系統(tǒng)穩(wěn)壓電源供電回路;系統(tǒng)信號燈及操作電源供電回路;主供電回路和操作臺供電回路。繼電控制單元主要是為系統(tǒng)起動、運行采取的一些必要的保護措施?；钐讬z測單元主要是由套位檢測器構(gòu)成，套位檢測器是一個圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)有磁敏二極管和放大元件等，套位檢測器的轉(zhuǎn)動軸上裝有一個齒型皮帶輪，通過齒型皮帶與活套軸上的齒型皮帶輪相連，當活套位置發(fā)生變化時，通過齒型皮帶帶動套位檢測器的軸轉(zhuǎn)動，套位檢測器內(nèi)與軸相連的磁性體位置也發(fā)生變化，使磁敏二極管導(dǎo)通經(jīng)過線性放大器放大后，輸出按線性變化的檢測信號，送入對應(yīng)的綜合控制單元進行綜合控制，達到轉(zhuǎn)速自動控制的目的。給定單元包括運轉(zhuǎn)速度給定器、總套位給定器、穿線運轉(zhuǎn)給定器、每臺轉(zhuǎn)筒的速度微調(diào)和給定積分單元組成。其中，給定積分單元是給定信號的變化單元，它能將一階躍給定信號變換成按一定斜率上升的信號，其輸出信號為各綜合控制單元的一個輸入控制信號。選擇單元的作用就是根據(jù)輸入信號的指示使其輸出信號控制綜合控制單元中對應(yīng)晶閘管的導(dǎo)通或截止，達到控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的目的(自控或手控、工作運行或穿線運行)。停車監(jiān)視單元主要是對系統(tǒng)進行開車、停車控制。在需要開車或停車時，停車監(jiān)視單元將在適當時刻對控制系統(tǒng)和操作系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的各種信號，停車監(jiān)視單元的輸出作為各綜合控制單元、給定積分單元和PWM變頻器主放大器的封鎖信號。每一臺PWM變頻器對應(yīng)一塊綜合控制單元板，綜合控制單元板的輸出直接送入PWM變頻器的輸入控制端。當系統(tǒng)準備就緒時，按下系統(tǒng)起動按鈕，系統(tǒng)開始運行，此時停車監(jiān)視單元板輸出為正值，使各綜合控制單元的封鎖信號、給定積分單元和PWM變頻器主放大器的封鎖信號解除。給定控制單元的給定積分器開始積分工作，輸出按一定斜率上升的輸出信號，加到各綜合控制單元中，經(jīng)過放大后送到PWM變頻器的輸入控制端，于是電機開始起動，PWM變頻器的頻率從低向高上升，電機速度也從低速向穩(wěn)定速度上升，當各電機速度穩(wěn)定后，系統(tǒng)開始正常拉絲。穿線運行時，通過穿線運轉(zhuǎn)給定器給控制單元板施加階躍信號，因穿線須使電機處于低速運轉(zhuǎn)，因此按工藝要求其給定信號只能為正常速度的1/4。要按下穿線起動按鈕后，系統(tǒng)開始穿線運行。需要停車時，通過繼電控制單元，使速度給定信號為零，此時給定積分單元開始以一定斜率下降。此時，停車監(jiān)視單元輸入為零。但由于速度還在繼續(xù)下降，從PWM變頻器的電壓反饋來的信號量也在下降，但沒有到零，所以停車監(jiān)視單元還不能封鎖各PWM變頻器中的主放大器，因為要防止變頻器過壓，等各逆變器的電機速度下降到接近于零時，停車監(jiān)視單元的封鎖開始發(fā)揮作用，其輸出為正值，封鎖各綜合控制單元板，給定單元板和PWM變頻器的主放大器，系統(tǒng)停車。
本發(fā)明的交流調(diào)速系統(tǒng)不但能滿足拉絲機工藝要求，而且占地面積小，還具有低速運轉(zhuǎn)時，起動轉(zhuǎn)矩大且起動平穩(wěn)，可以提高系統(tǒng)的工作效率(η＝0.9)或功率因數(shù)(Cosφ＝0.9)等優(yōu)點。特別是主體元件PWM變頻器采用日本的PWM變頻器，它具有保護控制功能齊全，體積小，并且整個器件已經(jīng)系列化可直接購買等優(yōu)點，給現(xiàn)場的維護帶來了很大的方便。隨著現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的不斷完善，它終將取代所有的直流傳動，具有廣泛的發(fā)展前景。


圖1是本發(fā)明的傳動系統(tǒng)框圖。
圖中INB～6NB-脈寬調(diào)制型PWM變頻器。
JD1～JD6-交流電動機。
T1～T5-活套。
1TC～5TC-活套檢測單元框圖。
TF-調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖。
DW1-穿線速度給定電位器。
DW2-運轉(zhuǎn)速度給定電位器。
DW3-套位給定電位器。
圖2是本發(fā)明的停車監(jiān)視單元簡單原理圖。
圖中ZF-運算放大器。
TCs-停車封鎖信號。
nG-運轉(zhuǎn)速度給定信號。
sG-穿線速度給定信號。
fG-變頻器電壓反饋信號。
E-正電源。
F-負電源。
圖3是本發(fā)明的選擇單元簡單原理圖。
圖中ZHK-活套自控、手控轉(zhuǎn)換信號。
CK1-2-封鎖信號。
圖4是本發(fā)明的給定單元簡單原理圖。
圖中CF-限幅電路框圖。
GnG-給定控制信號。
圖5是本發(fā)明的綜合控制單元簡單原理圖。
圖中CFQ-邏輯乘法器。
sF-后一塊綜合控制單元反饋來的信號。
XF-輸出給前一塊綜合控制單元的信號。
TWG-套位給定信號。
nWG-對應(yīng)轉(zhuǎn)筒的速度微調(diào)輸入信號。
TCG-套位控制信號。
v1-PWM變頻器變頻控制端。
圖6是本發(fā)明的活套檢測單元簡單原理圖。
圖7是本發(fā)明的套位檢測器安裝草圖。
a-拉絲轉(zhuǎn)筒。
b-軸承。
C-齒型皮帶。
d-反拉力彈簧。
e-鋼絲。
f-齒輪。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明圖1的傳動系統(tǒng)框圖是以6個轉(zhuǎn)筒的活套式拉絲機為例的，從總開關(guān)或自動開關(guān)引來的三相電源分別送到各個PWM變頻器的輸入端，PWM變頻器輸出的電壓直接送給對應(yīng)的交流電機，其頻率可在0～100Hz內(nèi)變化。通過繼電控制電路(圖中未畫，因為繼電電路可根據(jù)工藝要求具體設(shè)計)可決定調(diào)節(jié)系統(tǒng)(TF)的工作方式，即是穿線運行還是工作運行。如果是穿線運行，其穿線運行的速度可用穿線速度給定電位器(DW1)控制。如果是工作運行，其運行的速度可用運轉(zhuǎn)速度給定電位器(DW2)控制?；钐资嚼z機的活套可以在0～45°的范圍內(nèi)變化，(DW3)是套位給定電位器，用它可以調(diào)節(jié)所有活套所處的具體位置。(T1-5)是活套，活套檢測單元(TC)是系統(tǒng)自動控制用的反饋量。其反饋量的大小，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)(TF)中對應(yīng)的綜合控制單元(圖5)的控制，可以改變對應(yīng)的PWM變頻器輸出的頻率，達到自動調(diào)節(jié)電機速度的目的。調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖(TF)中包括停車監(jiān)視單元(圖2);選擇單元(圖3);給定單元(圖4);綜合控制單元(圖5);活套檢測單元(圖6);下面對調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖(TF)中各單元的輸入輸出分量做進一步的說明。
圖2是停車監(jiān)視單元的簡單原理圖，它的輸入量主要是運轉(zhuǎn)速度給定電位器(DW2)給定的運轉(zhuǎn)速度給定信號(nG);穿線速度給定電位器(DW1)給定的穿線速度給定信號(SG);變頻器輸出電壓反饋信號(fG);這三種信號通過電平檢測和與非門的邏輯轉(zhuǎn)換，決定了封鎖信號(TCS)的高電位(正)或低電位(負)，單元能滿足的原理為無開車指令時，輸入為零，TCS為正;有開車指令時，輸入為正，TCS為負;有停車指令時，輸入為零，TCS為正;圖3為選擇單元;其輸入信號是停車監(jiān)視單元(TCJ)的封鎖信號(TCS);來自于轉(zhuǎn)換開關(guān)的活套自控、手控轉(zhuǎn)換信號(zHK);穿線速度給定信號(SG);有封鎖信號時(TCS)輸入為正，無封鎖信號時(TCS)的輸入為負。轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自控時，(zHK)輸入為負，處于手控時，(zHK)輸入為正。系統(tǒng)穿線運行時(SG)輸入為正，工作運行時(SG)無輸入。當這三個輸入信號中，任一個信號為高電平時，通過開關(guān)電路決定了(CK1)輸出為低電平(負)，(CK2)輸出為高電平(正)，無信號輸入時，(CK1)輸出為高電平(正)，(CK2)為低電平(負)。封鎖信號(CK1))，(CK2)直接控制綜合控制單元(圖5)中對應(yīng)晶閘管的導(dǎo)通和截止，當(CK1)或(CK2)為低電平時，晶閘管截止。圖4為給定單元的簡單原理圖，其輸入量是停車封鎖信號(TCS);運轉(zhuǎn)速度給定信號(nG);穿線速度給定信號(SG);這三個輸入控制信號，通過電路中的放大器、積分環(huán)節(jié)和限幅輸出等電路，使輸出給定控制信號(GnG)的電壓可以按一定斜率上升也可按一定斜率下降。圖5為綜合控制單元(DCJ)的簡單原理圖，圖中套位給定信號(TWG)與套位檢測信號(TCG)共同作用于線性積分電路的輸入端，其輸出作為下級比例放大器的輸入，與置一塊綜合控制單元(圖5)反饋來的信號一起經(jīng)比例放大器放大后，一方面送入邏輯乘法器(CFQ)的輸入端，另一方面發(fā)出一個信號(XF)給前一塊綜合控制單元(圖5)作為輸入藕擰Ｂ嘸朔ㄆ韉牧硪桓鍪淙胄藕爬醋雜詬刂菩藕牛℅nG)，二個信號的乘積量送到限幅放大器的輸入端與對應(yīng)轉(zhuǎn)筒的速度微調(diào)輸入信號(nWG)一起經(jīng)限幅放大器放大后，直接作為PWM變頻器的控制信號，控制其輸出頻率的大小，當系統(tǒng)處于穿線運行或手動控制時，(CK1)為低電平(負)其控制的晶閘管截止，晶閘管前面的控制電路被封鎖，前面的信號過不來就等于前面的電路不起控制作用了。這時，其后面的限幅放大器的輸出量，主要靠對應(yīng)轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速微調(diào)輸入信號(nWG)來調(diào)節(jié)，圖6為活套檢測單元，它主要是將活套檢測器中磁敏二極管檢測出的微弱信號放大后送到綜合控制單元(圖5)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)反饋量的大小來改變轉(zhuǎn)筒的速度，達到新的動態(tài)平衡，取到自動控制的目的?；钐讬z測器是通過齒型皮帶輪將其軸與活套的轉(zhuǎn)動軸相連接的，如圖7所示，活套檢測器的安裝位置可根據(jù)安裝情況靈活選定。
權(quán)利要求
1.一種由活套式拉絲機、傳動電機、主供電回路和控制電路組成的活套式拉絲機自動控制系統(tǒng)，其特征是活套式拉絲機的傳動電機采用交流電動機(JD)，主供電回路采用每臺交流電動機由一臺PWM脈寬調(diào)制型交流變頻器(NB)供電，其控制電路主要利用了活套的作用，增加了活套位置檢測器(TC)，使速度能自動控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活套式拉絲機自動控制系統(tǒng)，其特征是活套位置檢測器(TC)是由磁敏二極管和線性放大元件器件組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活套式拉絲機自動控制系統(tǒng)，是特征是活套位置檢測器的軸是通過齒型皮帶輪和活套的轉(zhuǎn)動軸相連接的。
全文摘要
一種活套式拉絲機交流調(diào)速自動控制系統(tǒng)，屬于電氣自動控制領(lǐng)域。
文檔編號B21C1/02GK1036717SQ88105698
公開日1989年11月1日 申請日期1988年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月12日
發(fā)明者李崇堅, 王鴻志, 朱兆年, 安紅, 陳德芳, 劉全斌, 陳自勉, 沈龍大, 馬立英, 黃建高, 戴敏芝, 張華春 申請人:湘潭鋼鐵廠, 冶金工業(yè)部自動化研究所