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四方變頻器E380在伸線機上的應用 方案1
深圳市堅誠自動化科技有限公司
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四方E380變頻器伸線機上的應用
 
一、前言
雙變頻伸線機為電線電纜的主要加工設備,它的加工對象主要為金屬銅、鋁、以及銅包鋁等。簡單工作流程:通過主拉電機,控制機械機構傳動內導輪,牽引金屬線經過多道拉絲模,逐級牽伸,達到產品目標直徑規(guī)格。為保證產品質量,通過張力桿動態(tài)平衡,達到調節(jié)絲線直徑均勻的目的。保證張力桿的平衡,是保證線徑均勻,保證好的產品質量的先決條件,而張力桿的平衡穩(wěn)定度,完全由卷繞電機的速度決定,為了實現(xiàn)其動態(tài)平衡和穩(wěn)定,卷繞電機速度控制使用簡單的開環(huán)控制和普通PID調節(jié)是遠遠達不到要求的。因此,現(xiàn)有市場上針對此,有不同的控制方案:
1、使用PID控制板:PID控制板有不同的應用形式,部分國產甚至國外的變頻廠家,在早期為推廣使用其變頻器,專門制作了PID反饋板,在應用時,由于作為一個變頻器的附屬產品,通用性較差。而部分拉絲廠家工程師在深入研究了拉絲機的各項性能和功能后,也有推出針對拉絲設備的PID控制板,很多方案甚至使用人性化界面設計,此類控制方案通用性較強,也應用較廣,但是控制板的電子元器件參數調試不夠方便,為達到調節(jié)穩(wěn)定度的目的,必須讓直接客戶在使用過程中不斷進行參數修正以優(yōu)化性能。而部分硬件實現(xiàn)的PID控制板由于電子元器件隨溫度等外界環(huán)境的變化而變化,導致PID參數變化,需要隨時維護。
2、使用外部PLC控制:這種方式的控制多見于部分大型拉絲機制造廠家,PID算法與PLC內部集成,穩(wěn)定性比較好,也比較可靠,但是PLC的應用增加了系統(tǒng)本身的造價和成本,在綜合考慮成本和性能上面,此方案的選擇并非最佳選擇。
3、使用單片機控制系統(tǒng):單片機系統(tǒng)可做到控制的人性化,將系統(tǒng)PID功能集成于MCU的軟件里面,通過友好人機界面,實現(xiàn)拉絲設備方便操作,方便維護,但是此種方案涉及到比較復雜的軟硬件開發(fā),而且開發(fā)周期較長,難以推廣。
4、使用拉絲機專用卷繞變頻器。拉絲機專用變頻器的較早出現(xiàn)于國外和我國的臺灣地區(qū),將卷繞功能的前饋PID集成于變頻器的軟件算法,通過優(yōu)化專用的參數設置,便可實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行。這種方式是市場上應用最廣,也是最值得推廣的方案,但是此種方案的國產專用變頻器在早期的推廣遇到了不小的阻礙,主要是由于產品本身的性能和穩(wěn)定性達不到部分現(xiàn)場的要求,部分客戶暫時難以接受。隨著國產變頻器的應用逐步深入高端場合,其穩(wěn)定性和使用性能也被已經完全被市場接受,加上國產變頻器的服務到位,較之國外廠家有不小的優(yōu)勢,也使國產變頻器的市場份額越來越大,使用越來越廣。
二、四方E380產品功能特點:
E380系列變頻器是四方電氣技術有限公司于2007年年初推出的集成型產品,在E350系列的基礎上,改進完善了硬件和軟件設計,集成了多種專用功能,針對拉絲機行業(yè),E380改進了PID設計,通過算法融入主拉機頻率的前饋PID設計,實現(xiàn)了主機和卷繞的穩(wěn)定同步,達到收線張力的動態(tài)平衡。針對客戶現(xiàn)場模擬量信號的誤差較大以及電壓模擬量抗干擾性差的特點,E380系列拉絲專用功能獨特RS485數字通訊進行聯(lián)動控制的方式,在很大程度上克服了模擬信號傳輸的缺陷。
E380系列拉絲專用軟件特點:
1、 內置前饋PID功能,無需外部PLC,MCU控制系統(tǒng),PID控制板。
2、 自適應PID參數調整,變頻器自動優(yōu)化PID參數調節(jié)性能。
3、 簡單易懂的拉絲專用參數組,大大減少客戶調試時間和難度。
4、 轉速檢測和顯示,線長計長設定、檢測、顯示等功能,可節(jié)省客戶轉速顯示表,       計米表等設備成本。
5、 多種斷線檢測和報警方式,避免出現(xiàn)意外情況下的事態(tài)擴大。
6、 RS485聯(lián)動控制,且可隨意調節(jié)的聯(lián)動比例,增加了聯(lián)動信號的精度,更易于實現(xiàn)張力桿的穩(wěn)定控制。
7、 集成化的軟件設計,模塊化軟件設計,可切換到通用模式。
三、拉絲機系統(tǒng)實現(xiàn)方案:
方案1:四方E380變頻器為主拉驅動和卷繞驅動,主拉與卷繞的頻率信號通過RS485聯(lián)動。
方案2:使用東元7200系列做主拉變頻器,通過四方E380拉絲專用變頻器替代PID控制板。主拉與卷繞通過主機(東元變頻器)模擬信號輸出,卷繞(四方變頻器)模擬信號讀取進行頻率同步。
四、方案介紹:
下面,將此兩種方案逐一進行詳細介紹。
 
 
 
 
 
 
 
方案一 四方變頻器聯(lián)動控制方案
一、系統(tǒng)控制簡圖:
 
二、外部元器件功能說明:
名稱
功能描述
名稱
功能描述
R1
系統(tǒng)頻率設定電位器
R2
從機制動電阻
R3
張力桿高
S1
主機點動腳踏開關
S2
主機啟動自鎖按鈕
S3
主機,從機復位觸發(fā)按鈕
S4
外部急停機械自鎖按鈕
S5
擺桿位置檢測接近開關
MC1
抱閘控制輸出繼電器
MC2
排線啟動控制輸出繼電器
三、功能描述和實現(xiàn)方法:
1、主機點動獨立控制
初次穿線或者在由于偶然因素導致斷線時,需要單獨控制主拉機牽引滑輪運轉,此時應避免啟動卷繞機。
實現(xiàn)方法:通過多功能端子X1實現(xiàn)主機點動輸入,點動頻率不同步可通過參數設置。
主機參數設置:F3.0=6,F(xiàn)9.3=*1*1。
2、卷繞機的啟動控制
卷繞電機的運行應與主機保持同步,但是啟動過程為了保持啟動平滑,可通過RS485通訊,使卷繞機在主機運行到一定頻率后開始執(zhí)行卷繞操作。使用四方專用卷繞功能,不需要給出單獨的啟動控制指令,而可通過主機RS485通訊控制,只需要設定從機的起始頻率。
卷繞機參數設置:F8.1=2。
3、主從頻率聯(lián)動
主機與從機的頻率存在一定的對應關系,四方變頻器可以自適應地尋找主從頻率對應比,但合理的設置主從聯(lián)動比例和機械傳動比,可以使拉絲機較快進入穩(wěn)定狀態(tài)。使用RS485通訊,實現(xiàn)主機與從機的頻率信號信息互享,從機根據主機的當前頻率,根據其自動搜尋的頻率比,確定前饋PID的基頻。
主機參數設定:F9.0=0014,F(xiàn)9.3=1111,F(xiàn)9.5=1.0。
從機參數設定:F9.0=0014,F(xiàn)0.1=2。
注意事項:主機必須以輸出頻率做為同步頻率源,不能以設定頻率作為頻率源,否則會導致前饋PID算法誤差較大,而出現(xiàn)卷繞平衡桿不穩(wěn)定。
4、主機速度頻率給定。
主拉變頻器的速度,決定了整個拉絲機系統(tǒng)的工作效率,為方便現(xiàn)場操作,主機變頻器頻率設定通過外接電位器實現(xiàn)。系統(tǒng)上限頻率80Hz,通過VC2模擬輸入,調節(jié)電位器,實現(xiàn)0-80Hz的范圍調頻。
主機參數設定:F0.1=5,F(xiàn)0.8=80,F(xiàn)2.2=0,F(xiàn)2.3=10,F(xiàn)2.8=0,F(xiàn)2.9=80,F(xiàn)0.10=50,F(xiàn)0.11=50。
注意事項:為保證效率,主機的上限頻率設置到80Hz,但主機的加減速時間不宜過短,需要設定在40S-100S。
5、排線機啟動控制:
排線機是為了均勻整齊將金屬絲排繞的目的而使用,在卷繞速度一定時,也必須保證排線機的速度均勻,現(xiàn)有的排線機一般都通過工頻電機驅動,需要注意的只是在卷繞機啟動后,及時啟動排線機,本系統(tǒng)中,使用集電極端子OC1輸出,當卷繞從機高于2Hz時,驅動輔助繼電器實現(xiàn)。
卷繞機參數設定:F3.6=2,F(xiàn)3.10=2,F(xiàn)3.11=0.1。
6、卷繞機的張力反饋:
張力桿的穩(wěn)定度是衡量產品質量的依據。如果張力桿不穩(wěn)定,產品的線徑均勻度不夠,將嚴重影響產品品質。與大部分系統(tǒng)相似,通過張力桿帶動一高精度電位器,電位器的反饋信號反應了擺桿的位置,通過變頻器的5V電平輸出供應電源,反饋輸入接入VC1。
卷繞機參數設定:F0.0=0001,F(xiàn)2.0=0,F(xiàn)2.1=5,F(xiàn)7.0=0,F(xiàn)7.1=0021,F(xiàn)8.11=50。
注意事項:并非每個現(xiàn)場的平衡位置都位于中心點,為方便確定平衡點,四方卷繞機專用變頻器可通過監(jiān)控D-9監(jiān)測當前擺桿位置,可在調試前確定平衡位置后,再相應設定參數值。
7、線速度檢測功能,計米功能實現(xiàn)
卷繞機的線速度檢測一般通過導輪的接近開關實現(xiàn),通過檢測接近開關的輸入頻率,實現(xiàn)計米功能和自動計長功能。四方卷繞專用變頻器的頻率速度檢測可以低之1Hz以內,完全達到系統(tǒng)精度需求。
卷繞機參數設定:F8.8=4,F(xiàn)2.6=0,F(xiàn)2.7=0.2。
注意事項:卷繞機的線速度是對應的最大線速度需要根據導輪的半徑具體計算。當導輪轉動一圈,接近開關輸出一個脈沖時的計算方法如下:F8.9=2*(3.14)*R*(F2.7)*1000,其中R為導輪的半徑,單位為m,F(xiàn)8.9的單位為m/S。
8、斷線故障檢測以及抱閘信號輸出
斷線檢測功能是為了系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)故障,及時停機檢測,一般采用接近開關信號輸入檢測,為了防止誤檢測,從機需要正確設定下列參數:
參數設定:F8.12=1,F(xiàn)8.13=10,F(xiàn)8.14=20,F(xiàn)8.15=2,F(xiàn)8.16=1,F8.17=1,F(xiàn)8.18=7,F(xiàn)8.20=7S,F(xiàn)3.7=21。
當變頻器斷線檢測功能在從機高于10Hz,延時2秒以后,且擺桿位置低于20%時間1秒以上有效。當卷繞機檢測到斷線故障時,需要及時輸出抱閘信號到機械系統(tǒng),實現(xiàn)緊急停車,此時變頻器自由停車,使用OC2信號輸出功能。
9、卷繞機停機參數設定:
卷繞機在停機過程中,當頻率較低時候,反饋系統(tǒng)較容易不穩(wěn)定,為了保證停機時避免較大的張力桿擺幅而造成斷線,一般在低于一定頻率時候,對卷繞機采用直流制動停機方案。
參數設定:F8.19=1.5Hz,F(xiàn)8.20=7。
10、平滑啟動功能:
卷繞機在啟動時,由于算法中預先給定了前饋頻率,容易造成啟動速度沖擊而使張力桿不穩(wěn)定。四方E380拉絲專用變頻器優(yōu)化了啟動過程的算法,通過參數F8.0合適的設置,可以達到平穩(wěn)啟動,起停基本不斷線的功能。
四、參數表:
四方變頻器主機參考參數設置表:
功能代碼
名稱
出廠值
參考設定值
參數簡述
F0.0
運行模式
0
0
使用通用模式
F0.1
頻率通道
2
5
選擇VC2作為頻率設定
F0.4
運行命令方式
0002
0001
外部端子控制起停
F0.6
轉向控制
0010
0010
反向防止有效
F0.7
下限頻率
0
0
下限頻率0
F0.8
上限頻率
50
80
上限頻率80
F0.10
加速時間1
1
50
加速時間50
F0.11
減速時間1
1
50
減速時間50
F2.1
模擬量最小值
0
0
最小模擬量輸入0
F2.2
模擬量最大值
10
10
最大模擬量輸入10
F2.8
最小對應頻率
0
0
最小模擬量對應頻率0
F2.9
最大對應頻率
50
80
最大模擬量對應頻率80
F3.0
X1功能
1
6
X1點動控制
F3.1
X2功能
16
17
X2外部故障輸入
F3.2
X3功能
3
16
X3自由停機指令
F9.0
通訊設置
0014
0014
通訊基本設置
F9.3
通訊設置
0010
1111
主機通訊設置
 
四方變頻器從機對應參數表:
功能代碼
名稱
出廠值
參考設定值
參數簡述
F0.0
模式選擇
0001
0001
拉絲專用模式
F0.1
頻率輸入通道
2
2
RS485頻率輸入選擇
F0.4
運行命令通道
0002
0002
RS485起?刂七x擇
F0.6
轉向控制
0010
0010
反向防止有效
F0.7
下限頻率
0
0
 
F0.8
上限頻率
50
80
上限頻率設定為80Hz
F0.10
加速時間
×
1
加速時間1S
F0.11
減速時間
×
1
減速時間1S
F2.0
VC1輸入下限
0
0
擺桿反饋電壓最小0V
F2.1
VC1輸入上限
5
4.5
擺桿反饋電壓最大4.5V
功能代碼
名稱
出廠值
參考設定值
參數簡述
F2.6
PLS輸入下限
0
0
線速度脈沖最小0Hz
F2.7
PLS輸入上限
10
0.2
線速度脈沖最大200Hz
F3.0
輸入端子1選擇
1
34
斷線接近開關輸入端子
F3.1
輸入端子2選擇
16
17
外部故障急停
F3.6
輸出端口1選擇
0
2
OC1選擇排線機輸出
F3.7
輸出端口2選擇
22
22
OC2抱閘輸出
F3.8
繼電器輸出
16
16
變頻器故障輸出
F3.10
FDT水平設定
2
2
排線機2Hz啟動
F3.11
FDT輸出延遲
0.1
0.1
排線機延遲0.1S
F4.5
斷線等待時間
0.1
0.1
斷線后等待0.1秒輸出抱閘
F4.17
第二加速時間
1
0.7
PID環(huán)加速時間
F4.18
第二減速時間
1
0.7
PID環(huán)減速時間
F7.0
PID反饋通道
1
0
反饋桿通道選擇VC1
F7.1
PID功能設置
0021
0021
根據運行頻率調整PID
F7.2
比例增益1
1
0.95
比例增益1為0.95
F7.3
積分時間1
10
10
積分時間常數1為10
F7.4
微分時間1
2
4
微分時間常數1為4
F7.5
比例增益2
1
0.5
比例增益2為0.5
F7.6
積分時間2
15
20
積分時間常數2為20
F7.7
微分時間2
5
4
微分時間常數2為4
F7.8
PID上限限幅
20
20
PID限幅20
F8.0
啟動延時增益
10
8
啟動延遲為8
F8.1
起始動作頻率
6
1.5
等待主機頻率1.5HZ后啟動
F8.8
線速度輸入源
0
4
脈沖輸入
F8.9
最大線速度
2500
2500
最大線速度2500m/s
F8.12
斷線檢測方式
0
1
根據反饋桿接近開關檢測
F8.13
斷線檢測最低頻率
10
10
從機超過10Hz開始檢測
F8.14
斷線檢測下限值
10%
20%
擺桿下限20%檢測
F8.16
斷線檢測判斷延時
2
0.5
斷線延時判斷時間0.5秒
F8.17
斷線故障自動復位
0
1
故障自動復位有效
功能代碼
名稱
出廠值
參考設定值
參數簡述
F8.18
斷線故障自動復位
15
7
斷線故障自動復位時間
F8.20
剎車時間
3
7
 剎車保持時間
F9.0
通訊設置
0014
0014
通訊基本設置
F9.3
通訊輔助配置
0010
0010
設置本站為從機
五、調試注意事項說明
1、擺桿反饋位置調試:
四方變頻器啟動過程不需要人為參與,因此,啟動初始時,需保證擺桿位置反饋值穩(wěn)定且低于設定平衡點。通過監(jiān)測參數d-9,調節(jié)參數F2.2,F2.3實現(xiàn)(即保證擺桿最低位置d-9=0,擺桿最高位置d-9=100,擺桿平衡位置d-9=50)。
2、 啟動停機過程調試:
四方變頻器使用獨特的啟動算法,最大限度保持卷繞機擺桿啟動過程的平穩(wěn),實現(xiàn)啟停不斷線。影響起停的關鍵的參數有:(1)主機的加減速時間。主機加減速時間越長,從機頻率跟蹤沖擊越小,則啟停穩(wěn)定度越好,一般推薦使用50S以上。(2)從機的加減速時間。從機加減速時間相關的有加減速時間1和加減速時間4,其中加減速時間1為變頻器的輸出頻率加減速,加減速時間4為前饋PID的PID環(huán)輸出加減速時間。為了保證變頻器啟動停機以及平穩(wěn)運行時的快速響應,在保證變頻器無故障輸出時,應該盡量減少此兩個加減速時間。(3)啟動平滑時間。平滑時間是指啟動過程中擺桿被拉起的時間,時間越長,擺桿啟動平穩(wěn)度越好,擺桿超調越小;時間越短,擺桿啟動越快,可能導致的超調越大,甚至導致斷線,需要折中選擇。(4)聯(lián)動設定比。四方變頻器具有自動識別聯(lián)動比例功能,但在第一次使用時,如果沒有正確設置聯(lián)動比例,則可能出現(xiàn)啟停不穩(wěn)定的情況。可以通過人為調節(jié)正確的聯(lián)動比例實現(xiàn)啟動停機穩(wěn)定,也可以通過第一次啟動,使變頻器自動識別穩(wěn)定參數,在后續(xù)運行過程,均可以保證變頻器穩(wěn)定啟停。
3、 擺桿平穩(wěn)度調試:
擺桿的平穩(wěn)度是檢驗變頻器控制性能的標準,四方變頻器使用的是前饋PID功能算法,最大限度保證了擺桿平穩(wěn)運行。四方變頻器可以選擇單一參數組,也可以選擇根據運行頻率實際自動調節(jié)PID參數組。以下論述PID參數組基本調試方法:
(1)比例增益:比例增益影響PID環(huán)節(jié)的快速響應。當擺桿在啟;蛘叻(wěn)定運行時出現(xiàn)較大超調時,可適當增加此參數值。
(2)積分時間:積分時間常數使保證PID環(huán)節(jié)穩(wěn)定的關鍵參數,增加積分時間,可以減少在穩(wěn)定運行時的擺桿振幅。過大的積分時間常數容易形成擺桿的大幅超調。
(3)微分時間:微分時間常數可使PID環(huán)節(jié)做出預先判斷,抑制擺桿超調,但是此參數值設置過大,容易出現(xiàn)振蕩。
六、調試過程問題解決:
調試過程中容易出現(xiàn)問題如下:
1、啟動斷線:
如是第一次上電啟動出現(xiàn)斷線,可能是機械傳動比或者主機和從機頻率比例設置不夠合理,導致變頻器算法誤判正確的機械或主從頻率比,此種狀況在第二次試機時可消除,四方專用模塊可在第一次啟動過程中正確檢測合理傳動比。
如非第一次啟動斷線,擺桿被拉升到高位斷線,此種情況可能由于主機的加減時間過短,或卷繞從機加減速過大,導致頻率跟蹤和算法頻率響應過慢,此時適當增加主機的加減速時間,在變頻器不出現(xiàn)故障的情況下減小從機的加減速時間。一般推介主機加減速時間大于50S,從機加減速時間小于3S。
2、快速啟動過程以及提高擺桿穩(wěn)定度:
四方變頻器在啟動過程中使用了獨特的算法,啟動振幅大,可能由于主機加減速時間過短,導致主機的輸出頻率變化過快,而使從機頻率跟蹤速度不穩(wěn)定,最終導致擺桿穩(wěn)定度不夠。同時此情況可能與啟動增益參數有關,延長啟動增益時間,可以提高啟動過程的擺桿穩(wěn)定度。從機開始啟動后,系統(tǒng)要求必須快速爬升到擺桿的平衡位置,此過程時間在3S左右,通過降低起始動作頻率減少此過程時間,同時啟動增益延時可適當減少。
3、手動擺桿到目標位置,從機啟動過慢:
很多客戶原來使用其他品牌變頻器或者PID控制板,由于啟動過程不夠穩(wěn)定,習慣將擺桿預先放置在目標位置,四方變頻器的獨特算法,可以不需要人為參與,因每次啟動過程均為參數的自校正過程,人為參與會導致參數的自校正錯誤,而使擺桿啟動速度過慢。
4、擺桿在拉絲過程中,出現(xiàn)振幅較大,或者出現(xiàn)振蕩斷線情況:
合理的PID參數和四方前饋PID算法完全能夠保證擺桿的穩(wěn)定度,但是如果隨頻率的變化,固定的PID參數可能不夠適用當前運行頻率時,可能會出現(xiàn)振幅過大或者出現(xiàn)振幅過大導致的斷線。此時有兩個解決辦法,第一是PID參數的設置根據運行頻率,當高頻時使用第一組參數,低頻時使用第二組參數,中間過程斜率變化,具體參數可以參考從機參數表。第二是適當降低當前PID控制器的微分參數。微分參數在保證擺桿穩(wěn)定度時,也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性,適當減少此參數,可大大增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度。
七、拉絲專用監(jiān)控參數及說明:
d-0
變頻器輸出頻率
d-6
前饋疊加頻率
d-8
擺桿位置設定值
d-9
擺桿位置反饋值
d-10
從機運行線速度
d-11
累計卷繞線長
d-20
卷徑當前值
d-21
PID環(huán)輸出頻率
d-22
自適應同步增益
 
 

 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產品目錄

公司名稱: 深圳市堅誠自動化科技有限公司
聯(lián) 系 人: 涂雪艷
電  話: 0-18124534527
傳  真:
地  址: 深圳市寶安區(qū)松崗街道樓崗大道1號天立科技大廈9樓929
郵  編: 528000
主  頁:
 
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