引言：管式絞線(xiàn)機(jī)絞線(xiàn)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“管絞機(jī)”)是一種能廣泛應(yīng)用于各類(lèi)軟/硬導(dǎo)體線(xiàn)(鋼絞線(xiàn)、鋁絞線(xiàn)及銅絞線(xiàn)等)及電子線(xiàn)(如:電源線(xiàn)、耳機(jī)線(xiàn)等)的絞合機(jī)械設(shè)備，使多根單支導(dǎo)體扭成一股，達(dá)到線(xiàn)材的工藝要求。扭絞后的線(xiàn)纜往往具有很高的強(qiáng)度，因此就對(duì)收卷裝置提出了較高的要求。
一、 工藝介紹：
管絞機(jī)的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖一、管絞機(jī)結(jié)構(gòu)圖
其中：
1.絞籠：內(nèi)部裝有放線(xiàn)搖籃，將要扭絞的線(xiàn)盤(pán)安裝在搖籃上，絞籠轉(zhuǎn)動(dòng)將這些線(xiàn)纜扭絞在一起，絞籠由絞線(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)。
2.牽引輪：在絞籠轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，牽引輪根據(jù)節(jié)距(pitch)的要求，按照一定的同步系數(shù)與絞線(xiàn)電機(jī)保持同步。
3.計(jì)米裝置：用于測(cè)量生產(chǎn)的線(xiàn)纜長(zhǎng)度。
4.收卷裝置：將扭絞后的線(xiàn)纜成品纏繞在線(xiàn)盤(pán)上。
二、 傳統(tǒng)收卷裝置存在的問(wèn)題：
傳統(tǒng)的收卷裝置由力矩電機(jī)控制器和力矩電機(jī)組成。力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性見(jiàn)圖二，主要特點(diǎn)是在恒定電壓時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速時(shí)(一般為1500RPM)，輸出轉(zhuǎn)矩為0;轉(zhuǎn)速下降時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩逐步增大;當(dāng)轉(zhuǎn)速為0，即堵轉(zhuǎn)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值，即堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T0;T0的大小與電機(jī)電壓有關(guān)，電壓越大轉(zhuǎn)矩越大。
圖二、力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性
當(dāng)生產(chǎn)線(xiàn)速度恒定時(shí)，開(kāi)始收卷圈筒直徑較小，收卷轉(zhuǎn)速較快，收卷轉(zhuǎn)矩T也較小，根據(jù)線(xiàn)纜張力F= T / R ，由于這時(shí)R也較小，所以線(xiàn)纜上的張力并不是很小;當(dāng)收卷卷徑變大時(shí)，收卷轉(zhuǎn)速將變小，為使線(xiàn)纜上的張力保持恒定不變，理論上要求收卷電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩變大，而轉(zhuǎn)速變小時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩變大，正是力矩電機(jī)的固有特性，所以當(dāng)線(xiàn)速度恒定不變時(shí)，使用力矩電機(jī)可以近似地滿(mǎn)足收卷張力恒定的工藝要求。
力矩電機(jī)收卷的不足之處在于：
1. 轉(zhuǎn)矩控制精度較低
2. 加、減速時(shí)，由于轉(zhuǎn)速較低，輸出張力往往過(guò)大，需要操作員不斷手動(dòng)調(diào)節(jié)力矩電機(jī)控制器的輸出電壓來(lái)對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，而手動(dòng)調(diào)節(jié)的性能很難控制。
3. 功耗大，效率低，力矩電機(jī)發(fā)熱厲害，容易引起故障。
三、 FC302收卷張力控制：
1. 系統(tǒng)配置
電機(jī)：加裝編碼器反饋的異步電機(jī)
驅(qū)動(dòng)器：Danfoss FC302變頻器
Danfoss FC302變頻器支持轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，即使驅(qū)動(dòng)普通異步電機(jī)，也能實(shí)現(xiàn)5%的轉(zhuǎn)矩控制精度。PLC做收卷卷徑計(jì)算，然后算出收卷轉(zhuǎn)矩給定值，通過(guò)RS485串行通信口傳輸給變頻器。整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖三。
圖三、FC302 構(gòu)成的中心卷繞張力控制系統(tǒng)
2. 開(kāi)發(fā)過(guò)程：
1)電機(jī)選擇：
首先根據(jù)線(xiàn)盤(pán)和張力要求，計(jì)算所需的最大轉(zhuǎn)矩，存在以下等式：
轉(zhuǎn)矩×機(jī)械傳輸效率×減速比 = 張力×滿(mǎn)卷半徑
以常用的1600收卷筒為例，線(xiàn)筒直徑為1.6 m，通常滿(mǎn)卷直徑為1.25 m，假設(shè)工藝要求張力為1900 N，減速比為45.16，機(jī)械傳輸效率為0.8，可推導(dǎo)出所需轉(zhuǎn)矩為32.86 Nm，所選電機(jī)的額度轉(zhuǎn)矩必須大于等于32.86Nm。
再根據(jù)線(xiàn)纜的線(xiàn)速度VLine，核算電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式：
VLine = πD×n / 減速比
假設(shè)生產(chǎn)線(xiàn)速度VLine為100 m/MIN，卷徑為最大卷徑1.25m時(shí)，可以算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1150 rpm，小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1460rpm，滿(mǎn)足電機(jī)滿(mǎn)轉(zhuǎn)矩出力的要求;當(dāng)卷徑為最小值0.8m時(shí)，可以算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1797 rpm，在合理的恒功率工作區(qū)域之內(nèi)。因此選擇額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為36Nm，額度功率為5.5 kW的4極異步電機(jī)。
如果依然選用力矩電機(jī)收卷的話(huà)，則需要選用約100Nm、55A的力矩電機(jī)，電機(jī)容量將比普通異步電機(jī)大3倍。
2)卷徑計(jì)算：
提高收卷質(zhì)量的關(guān)鍵在于保持收卷張力的恒定，而張力 = 轉(zhuǎn)矩 / 卷徑，卷徑可由傳感器測(cè)得，但為了降低成本往往由PLC來(lái)計(jì)算得出卷徑。收卷排線(xiàn)裝置的兩端各有一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，將行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入到PLC，就能在每次換向時(shí)疊加收卷卷徑。理論上，每次行程開(kāi)關(guān)信號(hào)觸發(fā)都代表開(kāi)始繞新一層，卷徑增加兩個(gè)線(xiàn)纜直徑，但實(shí)際線(xiàn)纜為圓柱形，所以增加的卷徑往往小于線(xiàn)纜直徑，所以需要引入修正系數(shù)λ。
收卷當(dāng)前卷徑 = 前收卷卷徑 +線(xiàn)徑×2×λ
計(jì)算出卷徑后，即可得出對(duì)應(yīng)的收卷轉(zhuǎn)矩。
3)變頻器參數(shù)設(shè)置：
為了實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)矩控制，首先在1-**參數(shù)中正確設(shè)置電機(jī)的各個(gè)參數(shù)，還需要再進(jìn)行完整的AMA(電機(jī)自適應(yīng));其它需要優(yōu)化的參數(shù)還包括：轉(zhuǎn)矩和電流、最高轉(zhuǎn)速的限制，PID控制器的參數(shù)，通信參數(shù)，發(fā)生故障后的處理方式等。
四、 結(jié)束語(yǔ):
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，收卷裝置大大減少了操作員的工作量，提升了管絞機(jī)的自動(dòng)化水平。系統(tǒng)調(diào)試也十分簡(jiǎn)單易行，得到客戶(hù)的一致好評(píng)。
（轉(zhuǎn)載）
