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 摘要：本文主要介紹新科瑞電氣（SINCR）C500L拉絲機(jī)專用變頻器在動(dòng)力放線架上的使用情況，簡(jiǎn)要描述C500L變頻器的特點(diǎn)、“動(dòng)力放線架”對(duì)變頻的具體要求及其他相關(guān)注意事項(xiàng)。

    在線纜制造行業(yè)中，許多加工機(jī)械的工藝流程都是從放線開始到收線結(jié)束，應(yīng)用最廣泛的就是放線架，而動(dòng)力放線架是技術(shù)含量較高的一種設(shè)備。為保證加工品質(zhì)，在收放線過(guò)程中，必須保持線材張力恒定。傳統(tǒng)控制方式是常采用PLC的A/D、D/A模塊，通過(guò)讀取張力擺桿電位器的電位來(lái)獲得所需求的放線快慢程度，不同軸徑的收線輪對(duì)應(yīng)著不同的PLC的PID內(nèi)部調(diào)節(jié)參數(shù)，如PID設(shè)定不合適，容易讓放線輪處于不穩(wěn)定狀態(tài)，造成放線張力不均勻的現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品的品質(zhì)。

    目前，動(dòng)力放線架，采用變頻器進(jìn)行張力恒定控制已是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，一般要求變頻器含有PID調(diào)節(jié)的功能，并且PID是可以雙向控制的。目前在行業(yè)應(yīng)用中，只有少數(shù)的幾個(gè)牌子的變頻器可以不加任何輔助配件就可實(shí)現(xiàn)這樣的要求，新科瑞電氣正是其中之一。

1 動(dòng)力放線架的控制方式及工藝要求

    放線輪的放線速度取決于收線輪的收線速度，由于收線輪總是有一個(gè)起始與減速停止的過(guò)程，這樣給放線輪一個(gè)不恒定的速度，同時(shí)由于收線盤軸徑上的變化，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，線速也是不斷變化的。收線張力的大小直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)，張力過(guò)大，收線過(guò)緊，對(duì)于小徑線易變形或拉斷內(nèi)芯；張力過(guò)小，收線輪在收線時(shí)會(huì)在卷芯上產(chǎn)生軸向滑動(dòng)而錯(cuò)位，形成收線不整齊。要解決這些問(wèn)題，這就要求放線輪能根據(jù)張力擺桿的平衡位置對(duì)自己的速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和修正。

    一般來(lái)說(shuō)，對(duì)動(dòng)力放線架的要求有以下幾點(diǎn)：

    1、在收放線過(guò)程中，保持線材張力恒定;

    2、在收線輪速度加快或減慢時(shí)，“放線輪”速度需要快速自動(dòng)跟蹤收線速度，并且保持線速度一致;

    3、能根據(jù)收線盤直徑變化，自動(dòng)調(diào)整放線輪速度；

    4、當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在某個(gè)速度時(shí)，放線架的張力擺桿要穩(wěn)定；張力擺桿不出現(xiàn)反復(fù)擺動(dòng)；

    5、需要有斷線檢測(cè)功能；當(dāng)出現(xiàn)松線和斷線的時(shí)候，要求放線輪可以自動(dòng)反轉(zhuǎn)；

    6、在收線輪速度為0時(shí)，張力擺桿要快速停在中點(diǎn)位置上。

收放線架原理圖

2 新科瑞電氣C500L變頻器的特點(diǎn)

    （1）易于安裝，設(shè)備調(diào)試簡(jiǎn)單：只須正確調(diào)整好張力檢測(cè)電位器位置，開機(jī)即可自動(dòng)跟蹤引取的速度，無(wú)需其他外部信號(hào)控制，直接構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的整體，節(jié)約設(shè)備成本；

    （2）無(wú)論大盤、小盤，無(wú)論粗線、細(xì)線，無(wú)論高速、低速，張力始終恒定，只由張力動(dòng)滑輪的配重確定；

    （3）可在張力擺桿的下限位、中點(diǎn)零位或“上限位”等任意位置開機(jī)運(yùn)行；

    （4）自動(dòng)識(shí)別收放線的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)跟蹤收放線的線速度，張力擺桿基本維持在動(dòng)力收放線架的中點(diǎn)

位置。具有PID的雙向輸出功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；

    （5）多組PID參數(shù)切換功能，輕松應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的控制工藝；

    （6）采用模塊化設(shè)計(jì)，功能擴(kuò)展非常靈活；

    （7）主控系統(tǒng)采用32bit高速DSP，集成無(wú)PG矢量控制，V/f控制，轉(zhuǎn)矩控制；

    （8）高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：無(wú)PG矢量控制模式下，在0.5Hz時(shí)，可提供150%的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

    （9）優(yōu)良的魯棒性能，可以確保負(fù)載能快速起停；

    （10）快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)：無(wú)PG矢量控制模式下，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于20ms;

    （11）快速限流功能：可以快速將電流限制在保護(hù)點(diǎn)以內(nèi)，大大減少過(guò)流報(bào)警故障概率；

    （12）高功率因數(shù)輸出、無(wú)功損耗低；

    （13）具有故障自動(dòng)復(fù)位、掉電復(fù)位功能，保證生產(chǎn)連續(xù)及生產(chǎn)效率；

    （14）牢固的EMC設(shè)計(jì)，內(nèi)置C3濾波器，有效抑制諧波，降低變頻器運(yùn)行時(shí)對(duì)外圍控制回路和傳感器的干擾；

    （15）完善的保護(hù)功能：過(guò)電壓/欠電壓保護(hù)、變頻器過(guò)熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。

3 系統(tǒng)控制方案

    （1）主回路接線十分簡(jiǎn)單，將三相電源接至變頻器輸入R、S、T端，將變頻器輸出U、V、W接至電機(jī)的三相端子即可。在接線時(shí)需注意端子標(biāo)識(shí)，杜絕誤接或反接。

    （2）動(dòng)力放線架控制系統(tǒng)給變頻器啟停開關(guān)量信號(hào)，當(dāng)X1端與COM端閉合，則啟動(dòng)變頻器，斷開則停止變頻器。

    （3）如下（動(dòng)力放線架接線圖）所示，放線的張力同步控制，是通過(guò)系統(tǒng)中張力擺桿的位置變化，使張力電位器輸出電壓信號(hào)反饋給變頻器的PID控制系統(tǒng)，即變頻器模擬輸入AI1接擺桿位置反饋信號(hào)（0～10V），將期望擺桿穩(wěn)定運(yùn)行的位置點(diǎn)設(shè)定為PID給定值。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中始終將反饋信號(hào)與給定值做比較，PID控制器根據(jù)其差值自動(dòng)運(yùn)算，實(shí)時(shí)改變變頻器的輸出頻率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)放線電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保擺桿位置的穩(wěn)定，從實(shí)現(xiàn)了恒張力控制的目的。

圖 2 動(dòng)力放線架接線圖

4 調(diào)試

    新科瑞電氣C500L型變頻器為拉絲機(jī)專用變頻器，與C500標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型相比，程序部分已經(jīng)針對(duì)動(dòng)力放線架/雙變頻拉絲機(jī)的應(yīng)用特性做了適配，并添加了部分專用功能，用戶在使用時(shí)，無(wú)需做過(guò)多的復(fù)雜設(shè)置，僅需要根據(jù)實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)做簡(jiǎn)單的參配置即可。具體的參數(shù)設(shè)置如表1所示：

    （1）調(diào)試過(guò)程：

    ① 將功能參數(shù)設(shè)置好，如控制方式、頻率給定方式，加減速時(shí)間等。

    ② 將擺桿調(diào)至“下限位”和“上限位”時(shí)，反饋信號(hào)最小電壓值作為F5.11參數(shù)設(shè)定值，反饋信號(hào)最大電壓值作為F5.13參數(shù)設(shè)定值；

    ③ 將擺桿調(diào)至中點(diǎn)位置（該位置可調(diào)的），調(diào)出FU.10（PID反饋）監(jiān)視參數(shù)作為F9.01參數(shù)設(shè)定值；

    ④ 上電運(yùn)行，如果擺桿調(diào)至中點(diǎn)位置動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，則增加比例增益，減小積分時(shí)間，建議調(diào)節(jié)方法為：先增大F9.04比例增益，保證系統(tǒng)不振蕩；然后減小F9.06積分時(shí)間。如果啟動(dòng)速度過(guò)快，造成擺桿不穩(wěn)定或者斷線，則需要減少比例增益，增大積分時(shí)間。

    （2）PID參數(shù)調(diào)試指導(dǎo)

    ① PID參數(shù)設(shè)定的一般步驟

    確定比例增益P（F9.04）

    確定比例增益P吋，首先設(shè)置PID的積分（F9.05=0）和微分（F9.06=0），使PID為純比例調(diào)節(jié)。由0逐漸加大比例増益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此吋的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。至此，比例增益P（F9.04）調(diào)試完成。

    確定積分時(shí)間Ti（F9.05）

    比例增益P確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分吋間數(shù)Ti（的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過(guò)來(lái)，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ti，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%?180%。則積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試完成。

    確定微分時(shí)間Td（F9.06）

    微分時(shí)間Td—般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時(shí)的30%。

    ② PID微調(diào)方法

    設(shè)定PID控制的參數(shù)后，可以用以下的方法進(jìn)行微調(diào)。

    抑制超調(diào)：發(fā)生超調(diào)吋，請(qǐng)縮短微分吋間（Td),延長(zhǎng)積分時(shí)間（Ti)。詳情見(jiàn)圖 3 說(shuō)明：

圖 3 PID 抑制超調(diào)圖

     盡快使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)：即使發(fā)生超調(diào)，但要盡快穩(wěn)定控制時(shí)，請(qǐng)縮短積分時(shí)間（Ti)，延長(zhǎng)微分時(shí)間（Td)。詳情見(jiàn)圖 4 說(shuō)明：

圖 4 穩(wěn)定控制狀態(tài)

    抑制周期較長(zhǎng)的振動(dòng)：如果周期性振動(dòng)的周期比積分時(shí)間（Ti）的設(shè)定值還要長(zhǎng)時(shí)，說(shuō)明積分動(dòng)作太強(qiáng)，延長(zhǎng)積分時(shí)間（Ti）則可抑制振動(dòng)詳情見(jiàn)圖 5 說(shuō)明：

圖 5 抑制周期較長(zhǎng)的振動(dòng)圖

    抑制周期較短的振動(dòng)：振動(dòng)周期較短，振動(dòng)周期與微分時(shí)間（Td)的設(shè)定值幾乎相同，說(shuō)明微分動(dòng)作太強(qiáng)。如縮短微分時(shí)間（Td)，則可抑制振動(dòng)。當(dāng)將微分時(shí)間（Td)設(shè)定為0.00(即無(wú)微分控制），也無(wú)法抑制振動(dòng)時(shí)，請(qǐng)減小比例增益。詳情見(jiàn)圖 6 說(shuō)明：

圖 6 抑制周期較短的振動(dòng)圖

5 使用效果

    對(duì)動(dòng)力放線架低速放線、加速放線、高速放線、減速放線等過(guò)程的測(cè)試，均能很好的滿足客戶的要求，得到客戶的一直好評(píng)。使用新科瑞電氣C500L拉絲機(jī)專用變頻器驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力放線架：調(diào)速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、加減速快、操作靈活方便、在快速速度跟蹤和松線反向收線兩個(gè)方面均表現(xiàn)非常出色，大大提高了動(dòng)力放線架的放線效率，在節(jié)省企業(yè)成本的同時(shí)增加了產(chǎn)品的產(chǎn)量，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖 7 所示：

圖 7 變頻器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖

6 結(jié)束語(yǔ)

    新科瑞電氣（SINCR）C500L拉絲機(jī)專用變頻器在電纜行業(yè)的應(yīng)用，完美的解決了電線電纜行業(yè)中電動(dòng)放線架及收線輪的控制問(wèn)題。優(yōu)化的PID參數(shù)控制功能，調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，保護(hù)功能全，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，深受行業(yè)客戶的喜愛(ài)。系統(tǒng)省去了價(jià)格昂貴的A/D、D/A模擬量轉(zhuǎn)換模塊及PLC的軟件編程工作，節(jié)省了客戶成本，讓客戶更具競(jìng)爭(zhēng)力。