匯川技術(shù)MD380M在鋼絲繩捻股機(jī)上的應(yīng)用

      本文介紹了匯川MD380M和MD380通用變頻器在鋼絲繩捻股機(jī)上的應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)多電機(jī)同步傳動(dòng)，解決了大慣量負(fù)載同步跟蹤的難點(diǎn)，借助匯川專有MD38DW3擴(kuò)展卡，很好的實(shí)現(xiàn)了DP通訊和脈沖同步合一功能，高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和工藝要求控制。
 概述：
      捻股機(jī)也被稱為捻股繩機(jī)組，是金屬制品行業(yè)中的后道成繩工序，將多根鋼絲或鋁絲，按照不同工藝的捻距要求、繩徑要求，實(shí)現(xiàn)多股有序列的合并成繩，廣泛應(yīng)用與石油鉆井、電力傳輸、船舶提升裝卸、電梯提升等工農(nóng)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。 
      傳統(tǒng)的捻股機(jī)，由放線部分、筒體部分、在筒體內(nèi)的搖籃放線裝置部分、筒體安全罩、牽引部分、扭轉(zhuǎn)部分、減速箱、地軸傳動(dòng)軸、收線部分和電器控制部分等組成。其中筒體部分由連接主電機(jī)的皮帶所驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)方式要實(shí)現(xiàn)不同捻距，只能通過(guò)改變減速箱的速比有級(jí)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)減速箱的日常維護(hù)相對(duì)較大，單臺(tái)設(shè)備只能生產(chǎn)固定的幾種規(guī)格繩品。

圖1. 傳統(tǒng)捻股機(jī)

制繩工藝過(guò)程：
      鋼絲繩的生產(chǎn)工藝流程，一般要經(jīng)過(guò)拉絲、捻制、捻股、合繩幾個(gè)大工序，具體如下：
拉絲部分：在鋼絲繩生產(chǎn)中的拉絲，是指將金屬的原材料，經(jīng)過(guò)酸洗、磷化、剝殼、開(kāi)坯這些工序，在這其間會(huì)進(jìn)行一次或多次拉拔工序，從而改變?cè)牧系膬?nèi)部分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到所需目標(biāo)直徑的線材工藝過(guò)程。拉絲過(guò)程中主要設(shè)備以水箱式拉絲機(jī)或直進(jìn)式拉絲機(jī)為主。原材料一般為0.14~10mm的黑色金屬和直徑0.01~16.00mm的有色金屬為主。

拉絲設(shè)備：

      酸洗是用酸液將鋼絲繩原材料上的表面銹蝕物和軋皮洗去過(guò)程，又被稱為剝殼，主要把表面氧化物除凈，防止鐵銹或其它雜質(zhì)影響開(kāi)坯質(zhì)量和損壞拉絲磨具。
      磷化是將材料侵入磷酸鹽溶液中，經(jīng)過(guò)反應(yīng)使其材料表面形成一層不溶于水的磷酸液薄膜工藝，同時(shí)具有一定的防腐蝕性功能。
      開(kāi)坯是將金屬?gòu)?qiáng)制從磨具的定型孔穿過(guò)，其尺寸和外形都會(huì)發(fā)生變化，拉制金屬線的模具孔有圓形、方形、八角形或其它特殊形狀。
      冷拔絲是指將普通的圓鋼，從其比它直徑小一些的孔中強(qiáng)行拉過(guò)，圓鋼的直徑會(huì)變小，根據(jù)等體積變比率，長(zhǎng)度也會(huì)邊長(zhǎng)，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，圓鋼的直徑就會(huì)進(jìn)一步變小。但經(jīng)過(guò)這種塑性變形后，鋼材的硬度會(huì)增加，其塑性會(huì)基本消失，所以在只要求強(qiáng)度不要求塑性的場(chǎng)合可以使用這種鋼材。
      回火是指因?yàn)殇摻z的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)已被破壞，只有通過(guò)回火才能實(shí)現(xiàn)再次還原鋼絲內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，從而便于再次拉絲，這樣不易斷裂，也能實(shí)現(xiàn)拉到我們想要的強(qiáng)度。簡(jiǎn)單的說(shuō)，強(qiáng)度就是我們的通常說(shuō)的抗拉度，強(qiáng)度是拉絲拉出來(lái)的，不是經(jīng)過(guò)熱處理而獲得的，這也是鋼絲繩制造工藝與機(jī)械加工工藝最大區(qū)別。一般的鋼絲繩強(qiáng)度有：1470N/mm2、1570N/mm2、1670N/mm2、1770N/mm2、1870N/mm2、1960N/mm2等，強(qiáng)度越高，拉力越強(qiáng)，但韌性越差，與使用要求有直接關(guān)系。
鋼絲繩的捻制：
鋼絲繩的捻制質(zhì)量是影響其使用壽命和承載力的主要因素。

鋼絲捻制（圖8）

      鋼絲繩繞成股的方向和捻成繩的方向相同稱為同向捻，如繩股右捻為右同向捻，繩股左捻為左同向捻。這樣可以獲得內(nèi)部鋼絲相互之間表面接觸較好，表面比較平滑、磨損小、撓性好，使用壽命也會(huì)變長(zhǎng)，但缺點(diǎn)是容易松散和扭轉(zhuǎn)。鋼絲繩繞成股的方向和捻成繩的方向相反，稱為交互捻，如繩右捻，股左捻，稱為右交互捻；繩左捻，股右捻，稱為左交互捻。但這種鋼絲繩缺點(diǎn)是僵性較大，使用壽命低，但不易松散和扭轉(zhuǎn)。如果鋼絲繩繞成股的方向和捻成繩的方向一部分相同一部分不同，稱為混合捻，具有同向捻和交互捻的特點(diǎn)，但制造工藝較為復(fù)雜。

鋼絲繩的捻股：

鋼絲繩股和繩的區(qū)別

      單根為絲，多根絲為股，繩為多股合并。捻股的類型、結(jié)構(gòu)、和生產(chǎn)工藝取決于繩的用途，一般鋼絲繩使用直徑0.1~6.00mm的圓端面碳素鋼絲，隨著鋼絲繩的品種不斷增多，結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，除采用各種涂層鋼絲外，還有使用不銹鋼絲和雙金屬鋼絲。
      在捻股中，還使用涂油和鍍層兩種防腐措施。所有的鋼絲繩必須涂油，油脂能夠保護(hù)繩芯，讓纖維芯不腐爛，不銹蝕鋼絲，并從內(nèi)部潤(rùn)滑鋼絲繩。表面涂油使繩股表面均勻的涂上防銹潤(rùn)滑油脂，如在摩擦提升和礦井用繩上，需要涂上增磨合抗水性強(qiáng)的黑色油脂，其它用途則涂成膜性強(qiáng)抗腐蝕性好的紅色油脂。
      鍍層有鍍鋅、鍍鋁和鍍尼龍或塑料等。鍍鋅又分為鋼絲先鍍后拔的薄鍍層和鋼絲先拔后鍍鋅的厚鍍層兩種，厚鍍層的鋼繩機(jī)械性能比光面鋼絲繩的要低，但比較適應(yīng)于嚴(yán)重腐蝕性環(huán)境中使用。鍍鋁鋼絲繩比鍍鋅鋼絲繩更耐腐蝕、耐熱、耐磨。涂尼龍和涂塑料分為涂繩和涂股后合繩兩種。
匯川MD380M系列系統(tǒng)應(yīng)用方案：
系統(tǒng)框圖：
主回路采用共直流母線方式：

控制系統(tǒng)框圖:

系統(tǒng)控制特點(diǎn)：
(1) 筒體主機(jī)作為主電機(jī)，牽引電機(jī)為跟蹤筒體電機(jī)運(yùn)行，跟蹤指令為主電機(jī)的編碼器1:1分頻信號(hào)；
(2) 使用匯川MD380M系列內(nèi)置電子齒輪比參數(shù)，可以很容易實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)與筒體電機(jī)之間的定值速度差跟蹤，能夠獲得客戶想要的鋼絲繩捻距，不受傳統(tǒng)的有級(jí)減速箱速比限制；
(3) 可以獲得較高的生產(chǎn)效率，減小設(shè)備占地面積，簡(jiǎn)化工序；現(xiàn)場(chǎng)使用了36小盤線放線，筒體速度可達(dá)100轉(zhuǎn)/分鐘，也是客戶車間內(nèi)最大的生產(chǎn)鋼絲繩設(shè)備，生產(chǎn)效率也最車間中最高的；
(4) 使用MD380開(kāi)環(huán)矢量下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)收繩電機(jī)的直接力矩控制，控制張力平穩(wěn)；
(5) 匯川MD380M系列和MD380通用系列，都支持DP通訊功能，DP擴(kuò)展卡有MD38DW3和MD38DP1兩種可選；MD38DW3為脈沖指令和DP通訊合二為一的卡，而MD38DP1為DP通訊和CANLINK通訊合二為一的卡；
(6) 編碼器使用差分編碼器，可以支持長(zhǎng)距離信號(hào)傳遞，現(xiàn)場(chǎng)編碼器線纜為80米，能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)閉環(huán)矢量控制和同步指令脈沖傳遞；也可有效的抑制現(xiàn)場(chǎng)電氣干擾；
(7) 匯川MD380M系列內(nèi)置速度同步和位置同步功能，脈沖同步精度高，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)132kw的兩臺(tái)電機(jī)同步跟蹤精度在5個(gè)脈沖以內(nèi)（4倍頻之后）；
(8) 整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、工藝參數(shù)、變頻器內(nèi)部的電子齒輪比和系統(tǒng)故障檢測(cè)功能等在HMI和PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)操作修改，可方便操作工操作和后續(xù)設(shè)備維護(hù)；
(9) 匯川MD380和MD380M系列變頻器，通過(guò)DP通訊數(shù)據(jù)映射功能碼數(shù)據(jù)區(qū)，可以很容易方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)實(shí)時(shí)速度檢測(cè)、脈沖同步情況檢測(cè)、運(yùn)行電流、變頻故障等數(shù)據(jù)監(jiān)控，方便DP通訊數(shù)據(jù)傳遞；
(10) 此外，由于匯川獨(dú)特的CANLINK通訊功能，在與DP通訊功能配合使用，可以很好實(shí)現(xiàn)三級(jí)同步或四級(jí)同步控制中，對(duì)主機(jī)和從機(jī)的隨意設(shè)置，這樣方便系統(tǒng)控制，保證硬件線路接線唯一。

參考文獻(xiàn)：
深圳市匯川技術(shù)股份有限公司，《MD380用戶手冊(cè)》
深圳市匯川技術(shù)股份有限公司，《MD380M用戶手冊(cè)》
深圳市匯川技術(shù)股份有限公司，《MD38DP1安裝及使用手冊(cè)》
深圳市匯川技術(shù)股份有限公司，《MD38DW3安裝及使用手冊(cè)》