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拉丝机专用变频器在动力放线架上的应用

2018年12月06日 15:23:52 中国传动网

在线缆制造行业中,许多加工机械的工艺流程都是从放线开始到收线结束,应用最广泛的就是放线架,而动力放线架是技术含量较高的一种设备。为保证加工品质,在收放线过程中,必须保持线材张力恒定。传统控制方式是常采用PLC的A/D、D/A模块,通过读取张力摆杆电位器的电位来获得所需求的放线快慢程度,不同轴径的收线轮对应着不同的PLC的PID内部调节参数,如PID设定不合适,容易让放线轮处于不稳定状态,造成放线张力不均匀的现象,从而影响产品的品质。

目前,动力放线架,采用变频器进行张力恒定控制已是行业发展的趋势,一般要求变频器含有PID调节的功能,并且PID是可以双向控制的。目前在行业应用中,只有少数的几个牌子的变频器可以不加任何辅助配件就可实现这样的要求,新科瑞电气正是其中之一。

1 动力放线架的控制方式及工艺要求

放线轮的放线速度取决于收线轮的收线速度,由于收线轮总是有一个起始与减速停止的过程,这样给放线轮一个不恒定的速度,同时由于收线盘轴径上的变化,在转速一定的情况下,线速也是不断变化的。收线张力的大小直接影响到产品的品质,张力过大,收线过紧,对于小径线易变形或拉断内芯;张力过小,收线轮在收线时会在卷芯上产生轴向滑动而错位,形成收线不整齐。要解决这些问题,这就要求放线轮能根据张力摆杆的平衡位置对自己的速度进行动态调节和修正。

一般来说,对动力放线架的要求有以下几点:

1、在收放线过程中,保持线材张力恒定;

2、在收线轮速度加快或减慢时,“放线轮”速度需要快速自动跟踪收线速度,并且保持线速度一致;

3、能根据收线盘直径变化,自动调整放线轮速度;

4、当系统稳定运行在某个速度时,放线架的张力摆杆要稳定;张力摆杆不出现反复摆动;

5、需要有断线检测功能;当出现松线和断线的时候,要求放线轮可以自动反转;

6、在收线轮速度为0时,张力摆杆要快速停在中点位置上。


收放线架原理图

2 新科瑞电气C500L变频器的特点

(1)易于安装,设备调试简单:只须正确调整好张力检测电位器位置,开机即可自动跟踪引取的速度,无需其他外部信号控制,直接构成一个独立的整体,节约设备成本;

(2)无论大盘、小盘,无论粗线、细线,无论高速、低速,张力始终恒定,只由张力动滑轮的配重确定;

(3)可在张力摆杆的下限位、中点零位或“上限位”等任意位置开机运行;

(4)自动识别收放线的转速,自动跟踪收放线的线速度,张力摆杆基本维持在动力收放线架的中点

位置。具有PID的双向输出功能,可以轻松实现电机正反转控制;

(5)多组PID参数切换功能,轻松应对复杂多变的控制工艺;

(6)采用模块化设计,功能扩展非常灵活;

(7)主控系统采用32bit高速DSP,集成无PG矢量控制,V/f控制,转矩控制;

(8)高启动转矩:无PG矢量控制模式下,在0.5Hz时,可提供150%的启动转矩;

(9)优良的鲁棒性能,可以确保负载能快速起停;

(10)快速动态响应:无PG矢量控制模式下,动态响应时间小于20ms;

(11)快速限流功能:可以快速将电流限制在保护点以内,大大减少过流报警故障概率;

(12)高功率因数输出、无功损耗低;

(13)具有故障自动复位、掉电复位功能,保证生产连续及生产效率;

(14)牢固的EMC设计,内置C3滤波器,有效抑制谐波,降低变频器运行时对外围控制回路和传感器的干扰;

(15)完善的保护功能:过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、过流保护、过载保护等。

3 系统控制方案

(1)主回路接线十分简单,将三相电源接至变频器输入R、S、T端,将变频器输出U、V、W接至电机的三相端子即可。在接线时需注意端子标识,杜绝误接或反接。

(2)动力放线架控制系统给变频器启停开关量信号,当X1端与COM端闭合,则启动变频器,断开则停止变频器。

(3)如下(动力放线架接线图)所示,放线的张力同步控制,是通过系统中张力摆杆的位置变化,使张力电位器输出电压信号反馈给变频器的PID控制系统,即变频器模拟输入AI1接摆杆位置反馈信号(0~10V),将期望摆杆稳定运行的位置点设定为PID给定值。系统运行过程中始终将反馈信号与给定值做比较,PID控制器根据其差值自动运算,实时改变变频器的输出频率动态调节放线电机的转速,确保摆杆位置的稳定,从实现了恒张力控制的目的。


图 2 动力放线架接线图

4 调试

新科瑞电气C500L型变频器为拉丝机专用变频器,与C500标准机型相比,程序部分已经针对动力放线架/双变频拉丝机的应用特性做了适配,并添加了部分专用功能,用户在使用时,无需做过多的复杂设置,仅需要根据实际使用现场做简单的参配置即可。具体的参数设置如表1所示:

(1)调试过程:

① 将功能参数设置好,如控制方式、频率给定方式,加减速时间等。

② 将摆杆调至“下限位”和“上限位”时,反馈信号最小电压值作为F5.11参数设定值,反馈信号最大电压值作为F5.13参数设定值;

③ 将摆杆调至中点位置(该位置可调的),调出FU.10(PID反馈)监视参数作为F9.01参数设定值;

④ 上电运行,如果摆杆调至中点位置动态响应慢,则增加比例增益,减小积分时间,建议调节方法为:先增大F9.04比例增益,保证系统不振荡;然后减小F9.06积分时间。如果启动速度过快,造成摆杆不稳定或者断线,则需要减少比例增益,增大积分时间。

(2)PID参数调试指导

① PID参数设定的一般步骤

确定比例增益P(F9.04)

确定比例增益P吋,首先设置PID的积分(F9.05=0)和微分(F9.06=0),使PID为纯比例调节。由0逐渐加大比例増益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此吋的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。至此,比例增益P(F9.04)调试完成。

确定积分时间Ti(F9.05)

比例增益P确定后,设定一个较大的积分吋间数Ti(的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大Ti,直至系统振荡消失。记录此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%〜180%。则积分时间常数Ti调试完成。

确定微分时间Td(F9.06)

微分时间Td—般不用设定,为0即可。若要设定,与确定P和Ti的方法相同,取不振荡时的30%。

② PID微调方法

设定PID控制的参数后,可以用以下的方法进行微调。

抑制超调:发生超调吋,请缩短微分吋间(Td),延长积分时间(Ti)。详情见图 3 说明:

图 3 PID 抑制超调图

尽快使其达到稳定状态:即使发生超调,但要尽快稳定控制时,请缩短积分时间(Ti),延长微分时间(Td)。详情见图 4 说明:

图 4 稳定控制状态

抑制周期较长的振动:如果周期性振动的周期比积分时间(Ti)的设定值还要长时,说明积分动作太强,延长积分时间(Ti)则可抑制振动详情见图 5 说明:

图 5 抑制周期较长的振动图

抑制周期较短的振动:振动周期较短,振动周期与微分时间(Td)的设定值几乎相同,说明微分动作太强。如缩短微分时间(Td),则可抑制振动。当将微分时间(Td)设定为0.00(即无微分控制),也无法抑制振动时,请减小比例增益。详情见图 6 说明:

图 6 抑制周期较短的振动图


5 使用效果

对动力放线架低速放线、加速放线、高速放线、减速放线等过程的测试,均能很好的满足客户的要求,得到客户的一直好评。使用新科瑞电气C500L拉丝机专用变频器驱动的动力放线架:调速范围宽、稳态精度高、加减速快、操作灵活方便、在快速速度跟踪和松线反向收线两个方面均表现非常出色,大大提高了动力放线架的放线效率,在节省企业成本的同时增加了产品的产量,提高了产品的品质。应用现场图片如图 7 所示:

图 7 变频器应用现场图

6 结束语

新科瑞电气(SINCR)C500L拉丝机专用变频器在电缆行业的应用,完美的解决了电线电缆行业中电动放线架及收线轮的控制问题。优化的PID参数控制功能,调速范围宽,稳态精度高,动态响应快,保护功能全,安装调试简单,深受行业客户的喜爱。系统省去了价格昂贵的A/D、D/A模拟量转换模块及PLC的软件编程工作,节省了客户成本,让客户更具竞争力。

供稿:深圳市新科瑞电气技术有限公司

本文链接:tech/detail.aspx?id=34850

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