變頻器V/F控制在鋼筋彎曲機(jī)上的應(yīng)用

摘要：鋼筋彎曲機(jī)，鋼筋加工機(jī)械之一。工作機(jī)構(gòu)是一個(gè)在垂直（水平）軸上旋轉(zhuǎn)的水平（垂直）工作圓盤，把鋼筋置于圖一中虛線位置，支承銷軸固定在機(jī)床上，中心銷軸和壓彎銷軸裝在工作圓盤上，圓盤回轉(zhuǎn)時(shí)便將鋼筋彎曲。為了彎曲各種直徑的鋼筋，在工作盤上有幾個(gè)孔，用以插壓彎銷軸，也可相應(yīng)地更換不同直徑的中心銷軸。鋼筋彎曲需要精確控制彎曲的角度，因此調(diào)速系統(tǒng)是必須具備，且有正反向彎曲的需要時(shí)，變頻器調(diào)試也能更好的響應(yīng)。實(shí)際工作中涉及到彎曲扭矩問題，該論文主要解決變頻調(diào)速時(shí)，扭矩不足問題。將V/F控制的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極限，從而優(yōu)化整套系統(tǒng)的配置，保證成本低的前提下，系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：彎曲機(jī);V/F;變頻器;扭矩

鋼筋彎曲機(jī)屬于一種對(duì)鋼筋彎曲機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。本實(shí)用新型包括減速機(jī)、大齒輪、小齒輪、彎曲盤面，其特征在于結(jié)構(gòu)中：雙級(jí)制動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)作一級(jí)減速;小齒輪與大齒輪嚙合作二級(jí)減速;大齒輪始終帶動(dòng)彎曲盤面旋轉(zhuǎn);彎曲盤面上設(shè)置有中心軸孔和若干彎曲軸孔;工作臺(tái)面的定位方杠上分別設(shè)置有若干定位軸孔。由于雙級(jí)制動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)作一級(jí)減速，輸入、輸出轉(zhuǎn)數(shù)比準(zhǔn)確，彎曲速度穩(wěn)定、準(zhǔn)確，且可利用電氣自動(dòng)控制變換速度，制動(dòng)器可保證彎曲角度。利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，對(duì)鋼筋進(jìn)行雙向彎曲。中心軸可替換，便于維修。可以采用智能化控制。1

全自動(dòng)調(diào)直切斷彎曲一體機(jī)上，每臺(tái)有5 個(gè)彎曲機(jī)組成，單個(gè)彎曲機(jī)分別由電機(jī)、齒輪箱、彎曲部分組成。其中分別定義為1、2、3、4、5號(hào)機(jī)。相鄰號(hào)機(jī)之間的距離可調(diào)，可以方便的根據(jù)尺寸調(diào)整號(hào)機(jī)位置。電機(jī)功率均為1.5kW，齒輪箱速比約為70：1，其中2、3、4號(hào)機(jī)由于直接給定工頻，動(dòng)作時(shí)間會(huì)非常短;2、3、4號(hào)機(jī)處鋼筋較長(zhǎng)，有很大的危險(xiǎn)性，因此使用變頻器拖動(dòng)。2、4號(hào)動(dòng)作時(shí)間要求較短，加速時(shí)間為0.5或 1S，目標(biāo)頻率為15Hz，能夠平穩(wěn)快速的彎曲鋼筋。彎一體機(jī)上，每臺(tái)彎曲機(jī)有5 個(gè)彎曲動(dòng)作部分，分別由電機(jī)、齒輪箱、彎曲部分組成。其中分別定義為1、2、3、4、5號(hào)機(jī)。相鄰號(hào)機(jī)之間的距離可調(diào)，可以方便的根據(jù)需要調(diào)整號(hào)機(jī)位置。變頻器為1.5kW重載變頻器，要求折三根φ16，三級(jí)鋼筋。

單個(gè)號(hào)機(jī)的彎曲原理類似圖一;目前彎曲機(jī)的方向大多都是由下向上，因?yàn)橛缮舷蛳碌挠袝r(shí)受到下部空間的限制，而無法彎折較長(zhǎng)鋼筋。工作時(shí)首先將鋼筋放入工作槽內(nèi)，腳踏下啟動(dòng)開關(guān)，中心銷軸由氣動(dòng)缸推出。支承軸銷由另一氣動(dòng)缸推動(dòng)，從而與中心銷軸共同加緊鋼筋，防止串動(dòng)。之后壓彎銷軸隨著齒輪箱的工作圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，彎曲鋼筋。到達(dá)位置后，變頻器停止，之后由PLC給定快速反轉(zhuǎn)信號(hào)，到達(dá)起始位置后停下，準(zhǔn)備下次彎折。

變頻器拖動(dòng)的1、5號(hào)彎曲機(jī)的一個(gè)工作周期包括：彎曲和返回兩個(gè)部分。其中彎曲時(shí)要求加速時(shí)間短，工作頻率低，力矩大;返回時(shí)要求加速時(shí)間短，工作頻率高，力矩小。那么變頻器控制端子，只需接正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)+ 二段速即可，變頻器啟動(dòng)信號(hào)的角度來說相對(duì)簡(jiǎn)單容易;

彎曲過程中要求力矩大，因此直接嘗試使用矢量控制方式。修改變頻器為重載模式，設(shè)置電機(jī)功率、電流、頻率、額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)，對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自測(cè)定（電機(jī)必須脫開齒輪箱測(cè)定）。并設(shè)定了基本的功能性參數(shù)。經(jīng)過試機(jī)發(fā)現(xiàn)，在啟動(dòng)初期較好，也就是鋼筋彎折30°角之前;在之后的角度彎折中存在前進(jìn)一點(diǎn)，回來一點(diǎn)，再前進(jìn)一點(diǎn)，再回來一點(diǎn)，且最后彎折不到90°（現(xiàn)象類似擺動(dòng)）。此過程中變頻器顯示頻率波動(dòng)范圍極大（目標(biāo)頻率為15Hz，實(shí)際會(huì)在6Hz到21Hz之間快速變化）。經(jīng)過調(diào)整電機(jī)勵(lì)磁電流為1.6時(shí)，前進(jìn)后退的次數(shù)變的最少，大約5-6次左右，能完成一次彎曲。

經(jīng)過多次參數(shù)調(diào)整，均無明顯效果，依然存在擺動(dòng)問題。電流均是從0.1A開始到1.8左右開始快速到達(dá)7.3A左右，之后不再大范圍變化。1.5????? kW電機(jī)的額定電流是3.7A;那么7.3A左右接近電機(jī)額定電流的兩倍，電流決定扭矩，矢量控制的極限是電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩的兩倍;因此確定彎曲鋼筋需要更大的扭矩輸出，才能進(jìn)行彎曲。在鋼筋彎曲過程中，彎曲角度越大，需要的扭矩越大。

既然矢量控制行不通，因此嘗試V/F控制方式，將變頻器改為輕載模式，輸出電流限制提高到150%，保證變頻器的輸出電流可以達(dá)到最大值。試機(jī)，發(fā)現(xiàn)電流可以上升，但是無法彎折鋼筋，因此提高轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量，達(dá)到15%，鋼筋前半程彎折順利，但是達(dá)到60°后，依然折不動(dòng)。因此采用任意V/F圖形，從啟動(dòng)到額定15Hz均提高輸出V/F曲線的電壓。5Hz對(duì)應(yīng)的電壓正常為38V，提升到88V;15Hz對(duì)應(yīng)的電壓值為114V，提升到180V;經(jīng)過多次測(cè)試，鋼筋可以順利完成彎折，且變頻器不會(huì)報(bào)警，彎折過程平滑、穩(wěn)定?？蛻舴浅M意。最終任意V/F圖形如圖二所示：

常規(guī)風(fēng)機(jī)泵類為遞減的V/F曲線，該曲線優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)能，大多數(shù)恒功率負(fù)載均可采用該曲線，但是對(duì)于特殊類型的風(fēng)機(jī)泵類是不可取的，例如羅茨風(fēng)機(jī)等恒扭矩負(fù)載;正比的V/F曲線，適用于恒扭矩負(fù)載，大多數(shù)機(jī)加工基本都屬于該類型;而V/F任意曲線可根據(jù)需要適用于特殊場(chǎng)合，例如本論文所述應(yīng)用;雖然V/F任意曲線是很久之前就有的功能，但是對(duì)于很多工程師來說，還需要根據(jù)實(shí)踐摸索，方可學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 國(guó)產(chǎn)鋼筋彎曲機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀與改良方向王良文;沈曉濱;潘春梅;唐維綱;張小輝鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2010-08-15

作者簡(jiǎn)介：

高洪良（1988-09），男，漢，黑龍江省訥河市，本科，電氣主任，無，電氣工程及其自動(dòng)化;