工字轮钢筋收线机变频取代力矩电机的可行性

  目前的钢筋线材加工设备大多需要对加工完成的成品进行工字轮收线。过去常采用力矩电机驱动工字轮钢筋收线机，材料经过前级处理后需要按照一定的张力要求收紧在工字轮上，通过力矩电机驱动收卷工字轮，通过力矩电机控制器设定收卷张力，驱动力矩电机保持设定张力；收卷部分没有安装反馈当前张力大小的信号的检测装置。但该方式能耗大，力矩电机和控制器维护成本高。

  巩义市建材机械制造有限公司充分发挥产品自身优势，率先在国产变频器中提出并推广了工字轮收线机无速度编码器反馈的开环转矩方案，拆除力矩电机及其控制器，安装普通异步电机；采用张力控制专用变频器驱动异步电机；可通过模拟量或数字方式进行张力设定。该方案无需安装用于反馈电机速度的编码器信号，也无需任何张力架、张力传感器等反馈信号；产品采用先进的转矩控制算法，通过对电机工作电流的辨识和解耦，以及机内对卷径的自动计算，实现了对异步电动机的精确转矩控制以获得优于力矩电机的线材卷绕的恒张力控制性能，实现了工字轮钢筋收线机变频取代力矩电机的可行性。

 


图1
 

  二、钢筋收线机工艺介绍：

  同步收线。在钢筋收线机设备工作过程中，由于启动运行或前级处理线材的线速度给定可能随时会调整变化，所以要求后级收卷一定要时刻跟随前级当前的运行速度。若后级跟随慢了，会造成工字轮上的丝线松散甚至乱线，若后级跟随快了，可能造成成品局部的牵伸变形甚至拉断线。所以要求电机运行时力矩控制稳定且响应迅速。

  空卷满卷启动或停车。在实际工作中，无论当前工字轮上线材缠绕的多少，也就是说无论卷径的大小，都会可能有启动或者停机的要求；特别是满卷时，当前的工字轮重，惯性也大，加之考虑到摩擦力，系统惯量等因素和空卷时差别很大。所以要求，电机的可以输出的启动转矩要大且稳定，并且随着卷径的变化应补偿该变化引起的实际需求转矩的变化，快速停机时制动转矩大而且输出稳定保证同步性能好。

  全速度范围内的运行。由于钢筋收线机设计时需要兼顾低速和高速时的拉伸力矩，所以转动比一旦确定下来，收卷电机可能会工作在很低的转速下（比如1Hz），也可能会工作在很高的速度下，甚至电机会在恒功率区工作。所以要求无论负载大小，电机的速度波动要小，低速或弱磁区工作时转矩输出大且稳定。

  钢筋收线机排线：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。

  急停。当钢筋收线机运行过程中，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、钢筋收线机产品的特点

  收卷采用转矩开环控制，无需外加速度反馈的编码器信号，节约成本且彻底免除外界干扰，保证工作时不会因为反馈受到干扰停机，断线，速度波动。收卷转矩控制精度高，可准确提供用户需要的张力并且对张力给定响应快，保证加工的材料粗细均匀。收卷部分启动停机平滑，尤其是低速下张力控制稳定，收卷的线材不会被拉细或者拉断。

  转矩输出能力强，在全速度范围内可持续提供额定或者高至2.0倍额定的转矩，对收卷盘径适应能力强。采用先进的转矩电流识别算法，可以根据当前的盘径大小，自动补偿转动惯量，滑动时的摩擦力，采用智能收卷卷径识别，识别精度高，抗绕动能力强，从而从根本上保证了钢筋收线机线材加工时提供前后一致的张力控制特性。
  张力控制精确，特别是能够在加减速动态运行中提供持续恒定的张力；
  完全替代原有的力矩控制仪加上力矩电机方案，采用变频器和普通异步电机方案时，原有的操作习惯不变。
  节能效果明显且使用可靠，完美的转矩电流控制技术，无额外的热能耗；
  原来的力矩电机发热带来低效以及易坏，现在的变频器方案可以保证精确的力矩输出，无额外的热能耗，延长了整个系统的使用寿命。
  无需外加编码器速度反馈，节约成本且彻底免除干扰带来的停机和速度波动；

  四、总体方案概述
  收卷部分选型：V6−H−4T**(不支持卷径计算)
  V6−T−4T**(支持卷径计算)
  采用矢量控制模式下（P0.03=4）的转矩控制方式（Pd.00=1）。
  为了保证在力矩电机钢筋收线改造过程后工作正常，需要重新将电机轴侧负载完全脱开后旋转自整定；建议用户在替换力矩电机改造时，电机的极数应和原力矩电机极数保持一致，以避免改造后的异步电机运行速度过高。
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。