汇川变频器在双变频拉丝机中的应用———汇川变频器应用

1 前言
      双变频拉丝机经历了两个阶段：前期是伸线电机用一台变频器驱动，收线电机用一台变频器驱动，伸线与收线的同步采用PID同步控制板控制，随着拉丝行业的发展，客户对拉丝机的要求也越来越高，之前拉丝机采用PID控制系统的弊端逐渐暴露出来，如低频力矩不够、高速时张力不稳、线盘直径变化大时摆杆摆动幅度大导致停车等；由于同步控制板的多种弊端，新一代的拉丝机控制系统随之诞生，就是直接双变频控制，系统中取消同步控制板，直接利用高端变频器强大的功能和性能直接进行同步控制。深圳市汇川技术有限公司首先推出MD330拉丝机专用变频器，其优越的性能和强大的功能在拉丝机领域得以广泛的应用。
  2  双变频拉丝机的基本工作原理：
  
      主机运行时将运转频率信号转换为一个0﹏10V的模拟信号，由模拟量通道传给从机（收线变频器），作为从机的同步线速度信号（F=V），由（F=ω*R）计算出收线同步的频率信号，然后叠加一个PID作用的频率信号，合成从机的最终运行频率。运行过程中从机的同步频率始终根据ω=F/R做调整，这样就保证同步频率的误差始终很小， PID作用效果就一直稳定，因此拉丝机在整个运行过程中的张力和摆杆就一直很平稳，即使在启动和停车是也无明显变化，而且也克服了采用PID同步控制板系统的在拉丝机应用的种种缺陷。
  3 汇川拉丝机专用变频器的优势：
        汇川公司推出MD系列矢量型变频器，由于采用矢量控制技术，其功能和性能比通用型变频器更优越、更强大，主要体现在：
  a、矢量控制技术，稳速精度高：  开环无速度传感器矢量控制：±0.5%
  闭环有速度传感器矢量控制：±0.02%
  b、低频转矩大，0.5HZ 满转矩输出；
  c、功能强大：
     特有频率源选择模式及给定模式，X、Y模式。
  
  d：内置过程PID控制系统（两组PID参数，运行过程中柔性切换。MD330拉丝机专用变频器中提供了三种切换方式的依据：A根据卷径变化调整；B根据运行频率调整；C根据线速度调整。用户可根据实际情况选择。）
  
                                            图一  过程PID控制原理
  e：卷径自动计算功能：
      汇川拉丝机专用变频器中设计了卷径自动计算功能，因为在拉丝过程中收线盘的当前直径随着收线的增加而不断变化，如果收线盘的直径是一个不变的理论值，那么根据ω=F/R就可以知道ω会随着收线的过程而逐渐产生偏移，这样将导致系统稳定性就会慢慢的变差，因此在汇川拉丝机专用变频器中专门设计了卷径自动计算功能，根据ω=F/R计算出当前的一个同步角速度ω1然后叠加一个PID作用的频率信号得到从机运行的频率信号ω2（ω2则是非常精确的同步频率信号），然后由根据F=ω*R推导出R=F/ω计算出当前收线盘的直径，这样引入卷径自动计算就让拉丝机在工作过程中的任一时刻计算的从机同步频率的误差基本一致，从而保证了拉丝机整个收线过程近乎完美；
  4  参数配置：
  4.1  参数辩识，由于是矢量型变频器，就必须要求电机参数必须准确，因此要求进行完整；
  4.2  主机配置参数如下：
  F0-01=1：端子控制方式
  F0-02=3：频率源选择AI1
  F0-05=80：主机加速时间
  F0-06=80：主机减速时间
  F0-09=1：主机启动
  F0-10=4：主机点动
  F0-11=9：故障复位
  F0-12=11：外部故障输入
  F0-13=4：FDT电平
  F1组以电机实际参数为准，进行完整辩识
  F3-06=4：FDT电平值
  F3-07=10：FDT电平滞后百分比
  F6-00=70：主机最大输出频率
  F6-01=70：主机上限频率
  F6-04=3.5：主机点动频率
  4.3从机配置参数如下：
     F1组以电机实际参数为准，进行完整辩识；
  辩识之前先将F0-02=0、F0-17=20、F0-18=20、FH-00=0，辩识完成后进行参数初始化，
  F0-02=1：端子控制方式
  F4-13=？摆杆电位器低电位值
  F4-15=？摆杆电位器高电位值
  FA-01=63：PID给定值（调节摆杆平衡的位置）
  F4组的多功能输入端子根据端子的定义
  F4-00=01：启动
  F4-01=09：故障复位
  F4-02=11：外部故障输入
  F4-03=08：自由停车
  F4-04=26：指定记数输入
  F4-05=25：记数复位
  F4-06=31：卷径复位
  F5-02=9：指定记数到达
  F5-03=2：故障输出
  5  调试过程中的几个关键的地方：
  ※主机最大频率与最大线速度之间的关系的确认，一般来说最大线速度是机械设计决定的，根据最大线速度与最高转速的关系确定主机的最大频率；
  ※收线电机与卷轴之间的机械传动比，即收线电机的转速与卷轴的转速比；
  ※适当调整速度环矢量参数和过程PID的P、I、D参数就会得到拉丝机伸线的最佳效果；
  ※适当调整PID限幅和同步速度增益就可以明显的改善满盘启动的效果。
  结束语
      本系统在优化参数值之后，设备运转最高线速度为2400米/min非常稳定，完全解决了原来采用同步板高速时不稳和低频抖动的问题。通过各种工况下的对比测试，无PID同步控制板双变频拉丝机在整个运行过程中的张力和摆杆就一直很平稳，即使在启动和停车是也无明显变化，同时设备效率为90-95%、节电率为40%左右。而且本系统电气器件配置简练、逻辑清晰，成本与原来相比还有较大的降低，是个性价比优良的方案。本系统已被华东、华南许多大、中型拉丝机客户成功应用。