艾默生变频器在热轧板卷曲张力系统中首次应用

鞍山新和电气有限公司 技术部 王俊芳

鞍山新和电气有限公司 技术部 任惠峰

摘 要：本文分析了张力开环控制模式下，通过总线适配器TDS-PA01和SM-PROFIBUS-DP总线与上位机通讯在TD3300变频器上的应用，并分析了解决问题的方法和如何进行参数设置。

Abstract：This article analyze when tension is working under open-loop-control mode the application of communication between TD3300 and PC through bus adapter TDS-PA01 and SM-PROFIBUS-DP.

关键词： 张力 TD3300变频器 SM-PROFIBUS-DP总线控制 旋转编码器 参数设置

Key words: tension TD3300 Inverter SM-PRIFIBUS-DP bus control encodes parameter setting

天津华璟酸洗线成套项目：根据现场工艺要求，由于酸洗后的热轧板宽度为850mm,厚度2.75-5mm。系统对张力要求较高，在卷曲过程中需要恒定平稳的张力。本工程采用艾黙生TD3300-4T1320G张力控制专用变频器与EV3000-4T0550G矢量控制变频器相匹配组成张力开环系统，TD3300用作系统开卷机和收卷机的驱动电机，EV3000作为系统主牵引部分。这是艾默生变频器首次应用于大型热轧板卷曲，开卷张力系统中。现场操作控制方式为SM-PROFIBUS-DP总线方式，采用此总线控制方案，操作简单、便与维护、系统工作稳定性高、提高工作效率。

(1)现场为两条相同的酸洗线，每条酸洗线变频器及相对应的电机配置如下：见图1、2

·2辊张力辊变频器： EV3000-4T0550G 1台；

·变频电机 Y2VPEJS280S-61 1台；

·5辊矫直变频器： EV3000-4T0550G 1台；

·变频电机 YTSP280M-6 1台；

·收卷变频器： TD3300-4T1320G 1台；

·变频电机： YTSP315M2-6M 1台；

·开卷变频器： TD3300-4T1320G 2台；

·变频电机： YTSP225M-6 2台；

· 卷曲机和开卷机为变频电机并加装旋转编码器。

· 辅助传动是由一台S7-400PLC并配置1台ET200远程I/O子站实现;

· 酸洗线控制系统配置：采用SM-PROFIBUS-DP总线与总线适配器TDS=PA01通讯控制变频器，操作方便简单。见图3

(2)张力系统选择

·采用速度差建立张力系统（速度建张）普通变频器可以满足，张力值不准确，在实际工艺中驱动板材运行的张力辊和卷曲轴都是主动辊，对速度匹配要求极高，当速度出现偏差就会使板材出现褶皱或偏中，板材卷曲会出现松紧不一致，精度控制不稳。

·采用张力计检测系统张力，系统控制精度高，工艺全过程要求张力闭环控制，成本造价高，工艺繁琐，不被采用。

·零速建张力系统，在开始卷曲的同时建立起张力系统，有足够大的张力使板材之间绷紧，卷起板材全过程恒张力运行，通过SM-PROFIBUS-DP总线方式控制把张力辊AO1的线速度输出作为卷取机TD3300变频器的线速度输入。张力恒定速度匹配精准受到客户的高度认同，实现无人看守操作，控制线路维护简单方便。

根据工艺要求，对变频器进行如图3的设计本系统采用的是siemens公司的S7系列PLC与艾默生TD3300,EV3000变频器通讯，笔者提供相应的GSD文件配置在上位机的应用程序中，并带有指令解析的对照表，与PROFIBUS总线接口模块之间进行通讯连接，通过上位机“控制字”的发送和对变频器“状态字”的读取来进行控制。将FF.20连接到PZD区，对运行张力进行时时监控，使设备稳定运行。

主速度通过总线适配器TDS-PA01与SM-PROFIBUS-DP总线网络连接对张力辊变频器EV3000进行给定。通过网络信号传输,采样张力辊输出的线速度作为卷曲机变频器TD3300-4T1320G的线速度输入。卷曲系统工作在张力开环控制模式下，为了更好的零速建张,使板材不出现松弛,把（X3)做为点动与闭环矢量切换。有卷径计算，每次工作完成后需要把卷径复位，故将（X2）端子设定为卷径复位。

在张力开环控制下旋转编码器选择正确十分重要，编码器输出与变频器接口相匹配，否则直接影响变频器准确工作。现场电机与变频器之间距离有130米，对编码器的硬件指标要求很高，选择长线驱动型，差动型输出，8-24V HTL型编码器，将码盘+V接到变频器PGP 端子上0V与COM相连，编码器与变频器的A+与A+，A-与A-，B+与B+,B-与B-，相对应连接，把CN4跳到DI侧。

张力开环系统中，电机运行有两种状态，即电动状态或发电状态。在卷曲张力开环系统中（张力辊与卷曲机之间构成卷曲张力系统），张力辊在运行的时候永远处于发电状态。所以，把控制张力辊的变频器配置相应的制动单元及自动电阻，将发电状态下的多余能量消耗掉。同样，在开卷张力开环系统中（开卷机与五辊矫直之间构成开卷张力系统），把控制开卷机的变频器也配置相应的自动单元及自动电阻。

1. 初步检查变频器，电机，旋转编码器的接线及参数设定。

·电机铭牌参数：

准确记录电机参数，并把数值分别设定到F1.00-F.05中。

·旋转编码器：

型号：EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）

注：原旋转编码器型号：E6B2-CWZ6C（欧姆龙）为客户选定

1024线输出，工作电压24VDC 长线驱动型，差动输出，8-24V HTL型编码器

注：重点检查旋转编码器与变频器的接线方式是否为差动式接线方式。

Fb.00=1024

Fb.01=0

Fb.02=0

Fb.03=5s

2.变频器对电机的自动调谐

正确输入电机铭牌参数，并认真核对。

检查电机与负载完全脱离，使电机处于完全空载状态，对电机进行自动调谐，以获得被控电机的准确电气参数，自动存入F1.11-F1.16参数组中。

注：电机运行时不能进行自动调谐。

3.在键盘控制模式下测试电机的驱动能力是否正常，编码器工作是否正常。

在开环矢量状态下，用键盘控制变频器对电机进行空载旋转，观察变频器运行状态一切正常，到电机旁，对电机进行仔细观察，看电机的安装平稳状况，电机轴的动平衡，电机是否有异常的声音。一切正常后，分别加不同频率进行空转。

在闭环矢量状态下 (F0.02=1,F3.06=3)运行，变频器起车报E001或E010故障，转到开环矢量状态后就恢复正常，经过几次测试结果相同。初步确定故障原因不在变频器，测量编码器开环矢量输出脉冲电压A，B与M之间8-13V波动，静态输出脉冲电压幅值为3.5V，检查屏蔽线接线完好，是单端接地。可能传输信号受干扰，现场没有欧姆龙编码器E6B2-CWZ6C的说明书，为了拿出充足依据让客户更换编码器，与欧姆龙客服反复沟通，得知E6B2-CWZ6C型的编码器传输距离只有10米，根本满足不了实际需求，旋转编码器为TTL输出。开路集电极输出编码器抗干扰能力差，不适合远距离工作。建议更换HTL型差动输出旋转编码器传输距离为100米。更换编码器后，变频器在闭环矢量模式下运行继续报E010故障。测量旋转编码器静态脉冲幅值电压A与A-，B与B-之间电压为22.5V,A、A-、B、B-与M之间电压为10.5V与旋转编码器正常工作状态相同，客户开始怀疑变频器有问题，经过反复调试结果不理想。询问客户，旋转变频器到变频器柜之间准确距离，可能是不足100米，为了逐步排除故障原因，自己亲自拿皮尺重新测量变频器柜与编码器之间的实际距离为130米，测试另外一组卷曲系统故障相同。最后，客户同意再次更换，把旋转编码器改型号为EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）。更换后测量旋转编码器静态幅值电压为20V，运行状态幅值电压为A与A-，B与B-之间电压为0V，A、A-、B、B-与M之间电压为10.9V符合TD3300变频器接口的要求，在张力开环模式下运行一切正常。

4.惯量补偿的应用。

在张力开环模式运行时，发现电机运行的不太平滑，频率有些波动，不管怎样调节参数的设置都无法消除。

启动调谐（F2.21= 1），变频器会自动辨识系统惯量。在现场进行辨识时，机器在加速过程中出现过流，将加减速时间延长，消除过流现象。机器两次加速到40HZ后，获取的系统惯量补偿系数和摩擦补偿系数，分别存入FC.12和FC.10。补偿之后运行发现电机经常运行到50HZ，速度也很快，满足不了工艺要求，时常报过流故障。改变加减速时间也不起作用，检查参数设置正确，考虑到不会有其它因素影响电机运行，试着减少摩擦补偿发现系统运行趋于平稳，同时对系统的惯量补偿也进行调节。经过多次调整，电机运行平稳，频率稳定，达到预期效果。

几次试车发现TD3300变频器启动时力矩突加较大，容易造成飞车，修改F3.12参数，使TD3300变频器启动时转矩模式限制输出转矩的变化率，减缓启动时力矩的突变，直到系统稳定运行。完全满足客户的要求，客户也非常满意。