1.3 速度同步控制
主控操作开关K1控制主机启停。牵引拉伸级变频器控制整个系统的运行线速度,控制面板上的电位器发出主机拉丝速度信号,此模拟电压信号(0~10V)通过AI1口输入拉丝机主变频器,作为其频率给定,决定伸线机总车速。同时,拉丝主变频器的运行频率,通过模拟量(AO)输出到收卷变频器(AI2),作为收卷变频器线速度同步给定。注意,对于收卷变频器所对应的运行频率应该等于收卷轮径时的运行频率。卷曲级变频器输出频率跟随拉丝级变频器运行频率变化,考虑到设备机械特性、一定的速度要求,主机加减速时间设定为30s,收卷变频器加减速时间设定为0.1s。
在拉丝机出线端与收线端之间安装有张力摆杆,用来检测输出金属丝的张力,作为拉丝收线张力信号反馈输入收卷变频器,收卷变频器将此反馈量通过内部PID运算和各种补偿后,与收卷的当前同步速度(模拟量AI2输入)进行叠加,调节变频器的输出频率,从而控制收卷电机转速相对拉丝机出丝线速度达到同步,同时,也使线材张力保持了恒定。
1.4 变频器主要功能参数设置
1.4.1主机变频器(CHE100-004G/5R5P-4)
P0.01:1端子指令通道;
P0.03:1 AI1给定;
P0.08:30加速时间;
P0.09:30减速时间;
P6.00:1正转运行中;
P6.01:3故障输出;
1.4.2收卷级变频器(CHF100-1R5G-4)
P0.03:1外部端子运行
P0.07:0.1 加速时间
P0.08:0.1 减速时间
P3.01:6 PID控制
P3.02:1 AI2设定
P3.04:2A+B
P5.17:43 AI2上限对应设定
P9.01:50 PID给定值
P9.03:1 PID为反特性
P9.04:10比例增益
P9.05:1.0 积分时间
其他详情参见《CHE系列矢量变频器说明书》、《CHF通用变频器说明书》。
2、杭州某拉丝机厂直进式拉丝机变频控制
2.1直进式拉丝机简要说明
在金属制品生产及加工中,直进式拉丝机是最常用的一种制造设备,在以前通常都采用电动机组及力矩电机来实现,但其控制的灵活性、自动化程度及能耗上,传统的控制方式越来越不适应行业的发展。随着控制技术和变频调速技术的大量推广,变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用,系统并可借助PLC来实现拉丝速度、品种设定、过程闭环控制、定长控制等功能。
直进式拉丝机,是由多台拉伸电机同时对金属丝进行拉伸,作业的效率很高。由于不锈钢金属丝特性比较生脆,且不允许钢丝在模道内打滑,因此容易在拉伸的过程中拉断,故严格要求金属丝在各级模道中线速度同步,这样,对各级电机的同步控制性能、速度稳态精度以及电机的动态响应的快慢都有较高的要求。
2.2控制系统的描述
杭州某拉丝机厂,为专业的直进式拉丝机生产厂家。简易电气控制示意图如下,本系统共使用五台CHV100-015G-4高性能矢量变频器实现拉伸部分的传动控制,一台CHV100-7R5G-4高性能变频器配备张力控制卡进行收卷控制。每个模道前面都装有摆臂,采用位置传感器可以检测出摆臂的位置,用于检测金属丝的张力,该信号(0~10V)作为PID的反馈。6台电机都采用变频异步电机,同时带有机械制动装置。拉丝机系统的逻辑控制较为复杂,因工艺不同也有所区别,各级联动,由PLC控制。同步方面的控制则由变频器内部控制,其工作原理是:根据操作工在面板设定决定作业的速度,该速度的模拟信号进入PLC,PLC考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的AI2输入端,作为频率的主给定信号。各摆臂位置传感器的信号接入到对应的模道变频器作为PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置,设定一个PID的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的PID控制系统,一级连一级,PID作为微调量与主给定作为叠加。
本拉丝系统的稳定状况在很大程度上取决于PID作用速度、变频器控制电机的转速精度、输出转矩的响应速度等,为了提高电机运行速度的稳态精度,在很多情况下也采用有PG矢量控制技术(英威腾的CHV100系列变频器的有PG矢量控制的稳态精度可达1/1000)来调节拉伸电机的速度,因此对其参数的设定必须考虑周全,在低速、中速、高速,以及加速和减速速等情况都需要加以考虑。
另外,收卷部分,是由CHV100加张力控制专用模块来实现的。收卷线速度是由最后一级(第五级)模道控制变频器提供,作为卷径计算的线速度信号。系统的张力可通过电位器设定,收卷级变频器采用转矩控制,需要在收卷电动机的轴上安装编码器,编码器接入CHV100内置的PG卡,作为电机转速的采集输入。
其控制原理如下:
通过收卷的当前线速度(模拟量AI2输入),计算出当前收卷的卷曲直径。
计算方程式如下:D =(i×N×V)/(π×f)
其中 i 机械传动比 N 电机极对数 V 线速度 f 当前匹配频率
由设定的张力和卷筒的卷径(由线速度卷径计算模块获得)计算出变频器的输出转矩。
计算方程式为:T =(F×D)/(2×i)
其中:T 变频器输出转矩 F 张力设定
D 转筒的转径 i 机械传动比
从而控制电机输出相应的转矩,达到线材上张力F的恒定。
CHV100张力控制专用模块中,增加了转动惯量补偿,可以很好地解决张力控制系统在加、减速的过程中,因克服系统惯量而出现的张力不稳定的现象。
整个拉丝系统开动时,六台变频器同时起动,逐渐调节线速度给定,使系统加速,最终达到要求的生产线速度。