摘要：針對本公司貨架冷彎成型設(shè)備的技術(shù)特點、貨架產(chǎn)品的工藝特點及其要求，重點闡述了交流變頻調(diào)速控制技術(shù)在貨架冷彎生產(chǎn)線各單機設(shè)備上的應(yīng)用；探討交流變頻調(diào)速技術(shù)在貨架冷彎設(shè)備的變頻器及傳動電機的選型設(shè)計、設(shè)備調(diào)試及維修改造等方面的考慮。 關(guān)鍵詞：交流變頻調(diào)速技術(shù) 貨架冷彎設(shè)備 PLC 1、前言 　　1.1隨著物流業(yè)在國內(nèi)的迅速發(fā)展，貨架作為物流設(shè)備中的一個關(guān)鍵支柱產(chǎn)業(yè)得到了快速增長，國內(nèi)外冷彎設(shè)備制造商和貨架生產(chǎn)商為了提高貨架冷彎設(shè)備整機的可靠性，提高冷彎產(chǎn)品的質(zhì)量和自動化程度，擴大貨架品種的市場適應(yīng)性以及便于貨架新產(chǎn)品的開發(fā)研究和生產(chǎn)，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，提高設(shè)備操作調(diào)試方便性，實現(xiàn)有關(guān)設(shè)備的故障自診斷功能等，貨架冷彎設(shè)備制造商不斷地采用PLC控制技術(shù)、交流變頻調(diào)速及機電一體化等新技術(shù)，以高性能的電氣控制技術(shù)更多地取代傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，以整線一體化技術(shù)替代分散的獨立的單機作業(yè)模式；各貨架生產(chǎn)廠家也紛紛投資改造老設(shè)備，其中應(yīng)用較多的關(guān)鍵技術(shù)為交流變頻調(diào)速技術(shù)。且隨著科學技術(shù)的不斷進步和高精度的數(shù)字量化技術(shù)的實現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)中需要的大多數(shù)運算都可以用標準功能的軟件模塊來實現(xiàn)，而這些功能軟件模塊的性能指標在任何時候都無須單獨調(diào)試，只要作一些簡單的、必要的設(shè)置就可以付諸使用，也為交流變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了基礎(chǔ)。 2、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點及其在貨架冷彎設(shè)備中的應(yīng)用特性 2.1交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有和直流調(diào)速系統(tǒng)相同的調(diào)速平滑特性、過載力矩和起動力矩大等優(yōu)點，啟動平滑,能消除機械的沖擊力，保護機械設(shè)備。由于貨架冷彎產(chǎn)品的冷彎成型工藝性較復(fù)雜，其實際機組功耗大，冷彎成型材料機械性能的波動大、卷料的開卷直線度偏差大、厚度均勻性波動偏差大等特點，在貨架產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中的機組成型負荷特性變化較大，存在過載運行和機組運行啟動力矩大等設(shè)備設(shè)計特性，國內(nèi)部分冷彎機組制造廠家目前仍大量使用直流調(diào)速主傳動系統(tǒng)，實際上針對液壓停剪式冷彎機組存在主傳動系統(tǒng)的高低速轉(zhuǎn)化、啟動力矩大、過載能力強、停車和速度加減速平穩(wěn)調(diào)速等特點，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有更強的適應(yīng)性，也是今后設(shè)備設(shè)計制造、改造的應(yīng)用趨勢。 2.2 交流電機容量、速度和電壓等級等都可以做得很高，而相對制造成本較直流電動機要低。目前一般重型貨架冷彎設(shè)備生產(chǎn)線的主傳動功率可達到132KW以上，要求軋制厚度在4.0mm以上、軋制寬度達600mm以上，冷彎角達1080度以上的冷彎貨架產(chǎn)品，其主傳動電機的成本優(yōu)勢還是明顯的。 2.3 效率高，具有顯著的節(jié)電效果。在相同的情況下，交流變頻驅(qū)動比一般直流傳動方式能提高效率5％左右，比電動機一發(fā)電機組供電的直流傳動方式提高效率15％左右，比其它交流調(diào)速方式提高效率20％以上，節(jié)能效果顯著，對于貨架制造商而言具有很強的優(yōu)勢。 2.4 系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度均優(yōu)于直流傳動指標和水平，可以使普通異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速，簡化機械變速機構(gòu)，在上下工序的設(shè)備速度的匹配上更具有優(yōu)勢。在貨架冷彎設(shè)備的傳動系統(tǒng)中，都是由鏈條或齒輪傳動來承擔，由于電動機啟動、運行特性的原因，在點動與啟動、運行過程中，不可避免地會出現(xiàn)鏈條爬鏈、斷鏈、齒輪沖擊等現(xiàn)象。在機械傳動輪系中，齒輪越多，造成齒輪損傷的機率就越大，應(yīng)用交流變頻技術(shù)就能夠很好的解決平滑啟動，消除機械啟動時的沖擊力，簡化機械變速機構(gòu)，實現(xiàn)機組無級調(diào)速，滿足生產(chǎn)工藝要求，提高成品質(zhì)量，采用PC或PLC作上位機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有比直流調(diào)速高得多的動靜態(tài)調(diào)速性能指標，此點在我考察的多臺套機組的運行過程中得到了驗證：如我公司進口的貨架冷彎設(shè)備生產(chǎn)線，選擇合理的設(shè)備設(shè)置參數(shù)后能夠滿足貨架冷彎設(shè)備生產(chǎn)線控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、速度精度高、魯棒性強的要求，實際應(yīng)用長度位置最高控制精度在±0.1mm左右且可避免累積誤差。該控制系統(tǒng)可應(yīng)用于高精度開口系列冷彎型鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)中，特別是類似貨架立柱的產(chǎn)品，即對冷彎型鋼立、側(cè)面具有孔位高精度要求的在線預(yù)沖孔的冷彎成型生產(chǎn)線上。 2.5提高設(shè)備的可靠性，減輕工人的勞動強度，減少故障停機和檢修維護時間，延長易損件的使用壽命，降低原材料及備品備件的消耗。 2.6 啟動電流小，轉(zhuǎn)動慣量小，易于實現(xiàn)貨架冷彎設(shè)備生產(chǎn)線的位置定位與控制，對企業(yè)周邊設(shè)備的電流沖擊小，延長控制系統(tǒng)的使用壽命。 2.7體積小、重量輕、占地面積小，便于進行現(xiàn)有貨架冷彎設(shè)備生產(chǎn)線的改造調(diào)整，安裝簡單，電氣控制原理和方法已趨成熟。 2.8 對電機具有保護功能，提高了運行可靠性，降低電機的維修費用和運行成本。 　 3、交流變頻技術(shù)在貨架冷彎設(shè)備中的應(yīng)用 3.1目前我公司現(xiàn)有的貨架冷彎設(shè)備整線基本運行速度為12~14 m/min。前后工序間的速度匹配、整線速度的調(diào)整以及貨架冷彎機組的位置定位等是交流變頻調(diào)速技術(shù)的主要應(yīng)用。 3.2交流變頻調(diào)速在開卷機、校平機、壓力機等中的應(yīng)用：主要實現(xiàn)前后道工序間的在線無級調(diào)速和同步跟隨性能，具有調(diào)速范圍大、維護簡便、安全可靠、功率因數(shù)高于0.9以上等優(yōu)點，如：通過交流變頻調(diào)速系統(tǒng)進行壓力機工作頻率的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)與伺服送料裝置工作節(jié)拍的協(xié)調(diào)和整線基本速度的調(diào)節(jié)；通過交流變頻調(diào)速系統(tǒng)進行開卷機和校平機運行速度的無級變換與工作狀態(tài)變換頻繁等，確保整線運行控制的自動化和速度上的一致性。校平機的啟停、變速是由緩沖地坑中的光電開關(guān)發(fā)訊后系統(tǒng)自動控制和調(diào)節(jié)的，保證在自動方式下連續(xù)運轉(zhuǎn)時有足夠的料可緩沖。交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用極大地降低了設(shè)備速度匹配和設(shè)備調(diào)試難度，也便于今后根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品發(fā)生的變化來提升設(shè)備的運行效率和產(chǎn)能。 3.3交流變頻調(diào)速在冷彎機組中的應(yīng)用：冷彎成型機根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計圖紙選擇合理的水平輥架數(shù)并完成產(chǎn)品的冷彎成型加工，主傳動采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，剪切機負責將貨架組件定長切斷。交流變頻調(diào)速異步電機定位控制的研究經(jīng)歷了較長階段，定位控制的傳統(tǒng)做法是采用機械擋塊來定位。如：濟南鑄鍛所為我公司設(shè)計制造的貨架立柱冷彎生產(chǎn)線為達到定尺寸定孔位切斷的精度：±0.5mm，其液壓飛剪系統(tǒng)的定位設(shè)計中就引入了定位插銷和電氣定位雙精度控制技術(shù)，目前，在各個行業(yè)中所用的定位方式可分為四種：機械定位，電氣定位，空氣定位，光學定位。電氣定位控制系統(tǒng)一般是以數(shù)字方式工作的，故可以提高精度，十分簡便，易于和PC、PLC等各種上位控制系統(tǒng)和控制電路相匹配。目前在舊型冷彎機組中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是針對變頻器的速度參數(shù)設(shè)定幾個固定的運行頻率（例如高速、中速、低速三種頻率），根據(jù)冷彎機組上實際產(chǎn)品的控制要求由PC或PLC對變頻器的三種（頻率）速度進行切換，達到調(diào)速和停準的目的。但當具體產(chǎn)品對冷彎機組的位置停準精度要求提高后，這種開環(huán)式的有級調(diào)速就不能滿足產(chǎn)品的位置精度控制要求而采用變頻無級調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)。對如此復(fù)雜的位置控制系統(tǒng)，變頻技術(shù)必須能克服以下技術(shù)問題：（1）將復(fù)雜的交流異步電機的數(shù)學模型簡單化；（2）考慮位置旋轉(zhuǎn)編碼器反饋信號的延后和超調(diào)；（3）將冷彎軋制控制過程的動態(tài)參數(shù)描述成時變函數(shù)；實際上均采取位置比較和現(xiàn)場調(diào)試延時來簡單化處理；（4）保證位置閉環(huán)的抗波動能力高和即時調(diào)節(jié)性好（5）考慮前后工序速度匹配反饋信號的傳遞與控制上的協(xié)調(diào)；（5）、機械加工與配合精度等。 4變頻調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)及原理 4.1要實現(xiàn)貨架冷彎成型機組的閉環(huán)無級控制，必須根據(jù)變頻器和異步電機的特性，即：在一定載荷下變頻器所存在的理想加速和減速特性曲線，或根據(jù)不同的品牌和規(guī)格的變頻器的特性參考資料、冷彎機組加工件的負荷特性、電機的負荷特性等進行適時調(diào)整。對于貨架冷彎成型機組主電機的變頻調(diào)速而言，需要對其進行PID控制，需正確選擇速度反饋方式和PID的各類參數(shù)、加減速時間0～100%的設(shè)定、變頻器的設(shè)定輸入值需具有二至多端的輸入并能進行基本運算，反饋信號需具有接收模擬信號或脈沖信號的端口等等?；究刂圃砣鐖D一所示： 圖一 PC上位控制系統(tǒng)閉環(huán)無級交流變頻調(diào)速原理圖 4.2基本控制思想為：1）、根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器測量反饋的當前速度信號適時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，從而保證變頻電機能以要求的速度平穩(wěn)運行；其還表現(xiàn)在必須根據(jù)具體冷彎產(chǎn)品的成型工藝要求、負荷波動規(guī)律等選擇相應(yīng)的速度控制模式，即初時運動加速度與加速控制時間、平穩(wěn)運行速度與距離、減速運動加速度與控制時間等進行變頻器的適時調(diào)整，確保主機運行及控制反饋運行過程的平穩(wěn)，消除不穩(wěn)定形成的系統(tǒng)超差故障；2）、根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖測量數(shù)反饋當前冷彎機組主電機的位移信號及預(yù)先設(shè)定的控制方案適時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，使變頻電機先以較高的速度運行到接近冷彎產(chǎn)品控制切斷長度的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在切斷控制處準確制動停準，必要時可采取機械抱閘系統(tǒng)來輔助快速定位，再通過輸出控制點發(fā)出切斷控制信號實現(xiàn)液壓停剪；PC控制系統(tǒng)在工作過程中實時采集運行數(shù)據(jù)，并不斷地與存放在軟件控制數(shù)據(jù)塊里的標準位置參數(shù)進行比較和控制決策，從而達到快速準確定位、提高作業(yè)效率的目的，并與監(jiān)控系統(tǒng)交換工作信息以實現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的全面動態(tài)管理；PLC上位控制系統(tǒng)的交流變頻調(diào)速原理類似，其反饋信號同樣來自旋轉(zhuǎn)編碼器；即反映位置反饋信號，又反映速度反饋信號。通過PLC內(nèi)置的PID控制模塊等實施對變頻器和異步電機的控制。 5變頻器的選型依據(jù)及容量的確定 5.1貨架冷彎成型設(shè)備的電氣拖動主要是驅(qū)動冷彎軋輥運動，其阻力矩TL取決于冷彎軋輥與鋼卷料之間的摩擦力FL與冷彎軋輥半徑r的乘積，即TL=FL×r。在這里，冷彎軋輥的半徑r是恒定不變的，摩