专利名称：活套拉丝机交流调速自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活套式拉丝机交流调速自动控制系统，它属于电气自动控制领域，特别适用于活套式拉丝机的交流调速。
目前国内外厂家生产和使用的活套式拉丝机均采用直流电机传动，虽然直流传动在生产中能够满足工艺要求，但由于拉丝机工作环境恶劣，如铁粉及肥皂粉等，使直流电机整流子磨损严重，设备故障率高。维护工作繁重，给生产及设备维护造成很大的困难。目前国内活套式拉丝机定型产品，采用可控硅整流装置集中给电枢供电，以调节激磁电流来改变电机转速，该方案电机调速范围有限，控制系统动态响应差，由于没有处理好活套调节量与系统的动态响应，因此活套的自动调节系统实际上不能使用，致使控制系统处于开环运行状态，失去了自动控制的功能。近年来，我国引进的西德及瑞典的活套式拉丝机均采用可控硅直流电枢分别供电，并配有活套检测的自动控制功能，这样可以满足多品种工艺要求及高拉拨速度，但系统复杂而宠大，控制柜占地面积大，价格昂贵。
我们都知道，交流电机与直流电机相比具有转动惯量小的优点，所以交流电动机的起动及正反转变化快，机械磨损小，速度动态响应高。由于交流电机不存在直流电机换向所带来的先天弱点，在结构、制造、安装环境、运行维护、转动惯量、体积、重量、成本、极限容量等方面都优于直流电动机。所以本发明的目的是要提供一种交流调速自动控制系统的活套式拉丝机，即用交流电动机代替直流电动机传动，用交流脉宽调制型PWM变频器调速系统来代替可控硅供电的直流电动机调速系统。它的应用可以提高效率(η＝0.9)或功率因素(Cosφ＝0.9)，并且电机转矩脉动小，尤其在低速运行时，起动力矩大，转矩平稳，速度动态响应高，完全可以满足拉丝机的工艺要求。
本发明是由活套式拉丝机，传动电机，主供电回路和控制电路组成的活套式拉丝机自动控制系统，其特征是活套式拉丝机的传动电机采用交流电动机(JD)、主供电回路采用每台交流电动机由一台PWM脉宽调制型交流变频器(NB)供电，其控制电路主要利用了活套(T)的作用，增加了活套位置检测器(TC)，使速度能自动控制。活套位置检测器是由磁敏二极管和线性放大元件等器件组成。活套式拉丝机的自动控制主要是通过活套位置变化的反馈量来调节电机的转速，当拉丝机转筒之间的速度发生变化时，每台转筒上钢丝的秒流量也将发生变化，这样通过钢丝的作用转筒之间活套的位置也将发生变化，利用活套位置的变化来调节检测器，发出检测信号给控制电路进行综合，达到自动控制电机转速的目的。活套式拉丝机的另一个特点是，每一个活套直接控制其下游转筒，在运行过程中当一个转筒的速度发生变化时，其下游转筒通过其各自对应的活套检测信号逐步改变其转筒的转速，使系统达到新的动态平衡。本发明是这样实现的，活套式拉丝机每一台转筒由一台交流电动机拖动，每一台交流电动机由一台脉宽调制型PWM变频器供电，变频器根据控制信号改变其输出的频率来控制电机的转速。活套式拉丝机采用的脉宽调速系统，主要由供电单元、继电控制单元、给定单元、停车监视单元、综合控制单元、选择单元和活套检测单元等组成。供电单元主要包括系统稳压电源供电回路;系统信号灯及操作电源供电回路;主供电回路和操作台供电回路。继电控制单元主要是为系统起动、运行采取的一些必要的保护措施。活套检测单元主要是由套位检测器构成，套位检测器是一个圆柱体结构，内有磁敏二极管和放大元件等，套位检测器的转动轴上装有一个齿型皮带轮，通过齿型皮带与活套轴上的齿型皮带轮相连，当活套位置发生变化时，通过齿型皮带带动套位检测器的轴转动，套位检测器内与轴相连的磁性体位置也发生变化，使磁敏二极管导通经过线性放大器放大后，输出按线性变化的检测信号，送入对应的综合控制单元进行综合控制，达到转速自动控制的目的。给定单元包括运转速度给定器、总套位给定器、穿线运转给定器、每台转筒的速度微调和给定积分单元组成。其中，给定积分单元是给定信号的变化单元，它能将一阶跃给定信号变换成按一定斜率上升的信号，其输出信号为各综合控制单元的一个输入控制信号。选择单元的作用就是根据输入信号的指示使其输出信号控制综合控制单元中对应晶闸管的导通或截止，达到控制系统工作状态的目的(自控或手控、工作运行或穿线运行)。停车监视单元主要是对系统进行开车、停车控制。在需要开车或停车时，停车监视单元将在适当时刻对控制系统和操作系统发出相应的各种信号，停车监视单元的输出作为各综合控制单元、给定积分单元和PWM变频器主放大器的封锁信号。每一台PWM变频器对应一块综合控制单元板，综合控制单元板的输出直接送入PWM变频器的输入控制端。当系统准备就绪时，按下系统起动按钮，系统开始运行，此时停车监视单元板输出为正值，使各综合控制单元的封锁信号、给定积分单元和PWM变频器主放大器的封锁信号解除。给定控制单元的给定积分器开始积分工作，输出按一定斜率上升的输出信号，加到各综合控制单元中，经过放大后送到PWM变频器的输入控制端，于是电机开始起动，PWM变频器的频率从低向高上升，电机速度也从低速向稳定速度上升，当各电机速度稳定后，系统开始正常拉丝。穿线运行时，通过穿线运转给定器给控制单元板施加阶跃信号，因穿线须使电机处于低速运转，因此按工艺要求其给定信号只能为正常速度的1/4。要按下穿线起动按钮后，系统开始穿线运行。需要停车时，通过继电控制单元，使速度给定信号为零，此时给定积分单元开始以一定斜率下降。此时，停车监视单元输入为零。但由于速度还在继续下降，从PWM变频器的电压反馈来的信号量也在下降，但没有到零，所以停车监视单元还不能封锁各PWM变频器中的主放大器，因为要防止变频器过压，等各逆变器的电机速度下降到接近于零时，停车监视单元的封锁开始发挥作用，其输出为正值，封锁各综合控制单元板，给定单元板和PWM变频器的主放大器，系统停车。
本发明的交流调速系统不但能满足拉丝机工艺要求，而且占地面积小，还具有低速运转时，起动转矩大且起动平稳，可以提高系统的工作效率(η＝0.9)或功率因数(Cosφ＝0.9)等优点。特别是主体元件PWM变频器采用日本的PWM变频器，它具有保护控制功能齐全，体积小，并且整个器件已经系列化可直接购买等优点，给现场的维护带来了很大的方便。随着现代交流调速系统的不断完善，它终将取代所有的直流传动，具有广泛的发展前景。
图1是本发明的传动系统框图。
图中INB～6NB-脉宽调制型PWM变频器。
JD1～JD6-交流电动机。
T1～T5-活套。
1TC～5TC-活套检测单元框图。
TF-调节系统框图。
DW1-穿线速度给定电位器。
DW2-运转速度给定电位器。
DW3-套位给定电位器。
图2是本发明的停车监视单元简单原理图。
图中ZF-运算放大器。
TCs-停车封锁信号。
nG-运转速度给定信号。
sG-穿线速度给定信号。
fG-变频器电压反馈信号。
E-正电源。
F-负电源。
图3是本发明的选择单元简单原理图。
图中ZHK-活套自控、手控转换信号。
CK1-2-封锁信号。
图4是本发明的给定单元简单原理图。
图中CF-限幅电路框图。
GnG-给定控制信号。
图5是本发明的综合控制单元简单原理图。
图中CFQ-逻辑乘法器。
sF-后一块综合控制单元反馈来的信号。
XF-输出给前一块综合控制单元的信号。
TWG-套位给定信号。
nWG-对应转筒的速度微调输入信号。
TCG-套位控制信号。
v1-PWM变频器变频控制端。
图6是本发明的活套检测单元简单原理图。
图7是本发明的套位检测器安装草图。
a-拉丝转筒。
b-轴承。
C-齿型皮带。
d-反拉力弹簧。
e-钢丝。
f-齿轮。
下面结合附图对本发明作进一步的说明图1的传动系统框图是以6个转筒的活套式拉丝机为例的，从总开关或自动开关引来的三相电源分别送到各个PWM变频器的输入端，PWM变频器输出的电压直接送给对应的交流电机，其频率可在0～100Hz内变化。通过继电控制电路(图中未画，因为继电电路可根据工艺要求具体设计)可决定调节系统(TF)的工作方式，即是穿线运行还是工作运行。如果是穿线运行，其穿线运行的速度可用穿线速度给定电位器(DW1)控制。如果是工作运行，其运行的速度可用运转速度给定电位器(DW2)控制。活套式拉丝机的活套可以在0～45°的范围内变化，(DW3)是套位给定电位器，用它可以调节所有活套所处的具体位置。(T1-5)是活套，活套检测单元(TC)是系统自动控制用的反馈量。其反馈量的大小，通过调节系统(TF)中对应的综合控制单元(图5)的控制，可以改变对应的PWM变频器输出的频率，达到自动调节电机速度的目的。调节系统框图(TF)中包括停车监视单元(图2);选择单元(图3);给定单元(图4);综合控制单元(图5);活套检测单元(图6);下面对调节系统框图(TF)中各单元的输入输出分量做进一步的说明。
图2是停车监视单元的简单原理图，它的输入量主要是运转速度给定电位器(DW2)给定的运转速度给定信号(nG);穿线速度给定电位器(DW1)给定的穿线速度给定信号(SG);变频器输出电压反馈信号(fG);这三种信号通过电平检测和与非门的逻辑转换，决定了封锁信号(TCS)的高电位(正)或低电位(负)，单元能满足的原理为无开车指令时，输入为零，TCS为正;有开车指令时，输入为正，TCS为负;有停车指令时，输入为零，TCS为正;图3为选择单元;其输入信号是停车监视单元(TCJ)的封锁信号(TCS);来自于转换开关的活套自控、手控转换信号(zHK);穿线速度给定信号(SG);有封锁信号时(TCS)输入为正，无封锁信号时(TCS)的输入为负。转换开关处于自控时，(zHK)输入为负，处于手控时，(zHK)输入为正。系统穿线运行时(SG)输入为正，工作运行时(SG)无输入。当这三个输入信号中，任一个信号为高电平时，通过开关电路决定了(CK1)输出为低电平(负)，(CK2)输出为高电平(正)，无信号输入时，(CK1)输出为高电平(正)，(CK2)为低电平(负)。封锁信号(CK1))，(CK2)直接控制综合控制单元(图5)中对应晶闸管的导通和截止，当(CK1)或(CK2)为低电平时，晶闸管截止。图4为给定单元的简单原理图，其输入量是停车封锁信号(TCS);运转速度给定信号(nG);穿线速度给定信号(SG);这三个输入控制信号，通过电路中的放大器、积分环节和限幅输出等电路，使输出给定控制信号(GnG)的电压可以按一定斜率上升也可按一定斜率下降。图5为综合控制单元(DCJ)的简单原理图，图中套位给定信号(TWG)与套位检测信号(TCG)共同作用于线性积分电路的输入端，其输出作为下级比例放大器的输入，与置一块综合控制单元(图5)反馈来的信号一起经比例放大器放大后，一方面送入逻辑乘法器(CFQ)的输入端，另一方面发出一个信号(XF)给前一块综合控制单元(图5)作为输入藕拧Ｂ呒朔ㄆ鞯牧硪桓鍪淙胄藕爬醋杂诟刂菩藕牛℅nG)，二个信号的乘积量送到限幅放大器的输入端与对应转筒的速度微调输入信号(nWG)一起经限幅放大器放大后，直接作为PWM变频器的控制信号，控制其输出频率的大小，当系统处于穿线运行或手动控制时，(CK1)为低电平(负)其控制的晶闸管截止，晶闸管前面的控制电路被封锁，前面的信号过不来就等于前面的电路不起控制作用了。这时，其后面的限幅放大器的输出量，主要靠对应转筒的转速微调输入信号(nWG)来调节，图6为活套检测单元，它主要是将活套检测器中磁敏二极管检测出的微弱信号放大后送到综合控制单元(图5)，使系统能够根据反馈量的大小来改变转筒的速度，达到新的动态平衡，取到自动控制的目的。活套检测器是通过齿型皮带轮将其轴与活套的转动轴相连接的，如图7所示，活套检测器的安装位置可根据安装情况灵活选定。
权利要求
1.一种由活套式拉丝机、传动电机、主供电回路和控制电路组成的活套式拉丝机自动控制系统，其特征是活套式拉丝机的传动电机采用交流电动机(JD)，主供电回路采用每台交流电动机由一台PWM脉宽调制型交流变频器(NB)供电，其控制电路主要利用了活套的作用，增加了活套位置检测器(TC)，使速度能自动控制。
2.根据权利要求1所述的活套式拉丝机自动控制系统，其特征是活套位置检测器(TC)是由磁敏二极管和线性放大元件器件组成。
3.根据权利要求1所述的活套式拉丝机自动控制系统，是特征是活套位置检测器的轴是通过齿型皮带轮和活套的转动轴相连接的。
全文摘要
一种活套式拉丝机交流调速自动控制系统，属于电气自动控制领域。
文档编号B21C1/02GK1036717SQ88105698
公开日1989年11月1日 申请日期1988年4月12日 优先权日1988年4月12日
发明者李崇坚, 王鸿志, 朱兆年, 安红, 陈德芳, 刘全斌, 陈自勉, 沈龙大, 马立英, 黄建高, 戴敏芝, 张华春 申请人:湘潭钢铁厂, 冶金工业部自动化研究所