艾默生变频器在单线成缆机中的应用

通信电缆的生产是通过成缆机将绝缘单芯电线绞合成型，实现高精度的小节距，从而满足高频数字信号的传输要求。其中，单线成缆机是多股电缆生产设备之一，它具有速度高，电缆节距稳定，设备简洁等特性，其生产工艺和设备配置如图1所示。

电缆成缆设备的工作原理和作用：
　　1、放线系统
　　由12台被动放线单元组成放线架，放线张力由钢带摩擦固定放线盘转轴产生，实现导线被动带张力放线。　　
　　2、牵引系统
　　采用多股导线、皮带压轮牵引，实现系统速度给定和系统速度基准，变频器通过RS485通信接口将速度有效值输出到PLC，PLC在处理绞弓、收线机驱动器数据后，再通过RS485接口将数据输出到绞弓和收线驱动器。　
　　3、活套（dancer）
　　通过调节导线经过的过线轮配重或调节气缸气压，实现导线张力调节；收线机在收线过程中，经过活套（dancer）位置变化，将活套值送入PLC，调节由卷经变化引起的收线机收线速度的变化，实现恒线速、恒张力卷曲控制。　　
　　4、纵包带机
　　纵包带机是实现电缆绝缘带或者电缆屏蔽层绞合的机械装置，此装置无动力系统。电缆在绞弓和收线电缆盘的共同作用下，产生恒定的线速度和稳定的节距，使电缆向前运动和转动，从而带动电缆屏蔽层或绝缘带被动运行，而纵包带机放出带的张力则由钢带摩擦固定包带的转轴产生。
　　5、绞弓
　　绞弓与收线机共同实现高精度电缆节距的无级控制，它们的转向相同，节距由绞弓与收线机的同相速度差产生，其表达式如下：
　　L ：节距（由人机界面／编程计算机设定）；
　　v ：线速度（通过牵引机控制实现，由人机界面 ／ 编程计算机设定）；
　　d ：收线机收线盘卷径（收卷机初始空盘盘径，由人机界面／编程计算机设定）；
　　Ｎ1：绞弓转速；
　　Ｎ2：收线机转速。　　
　　绞弓转速表达式如下：
　　Ｎ1 = v╱L （1）
　　节距表达式如下：
　　L = (Ｎ1 － Ｎ2) ×π×d╱Ｎ1 （2）　
　　由公式（１）和公式（２）可以得到收线机转速表达式（3）。　　6、收线机
　　收线机是成品绞和电缆的收缆设备，其转速确定公式如下：
　　Ｎ2 = v（πd－L）╱πdL （3）
　　7、排线机
　　排线机是在电缆收线过程中排列电缆的机械设备，其运行速度与收线机有效收线速度成线性比例关系，排线速度等于Ｋ×Ｎ2，K值可以根据实际运行情况进行调整。
　　8、可编程控制器PLC
　　完成系统逻辑控制，实现收线机、绞弓和排线机驱动给定信号的处理。系统设定值在“人机界面／编程计算机”中设定后，通过RS485接口送至PLC，PLC根据收线、绞弓驱动运行速度，由上述公式得到绞弓、收线机实际运行速度，通过检测活套位置，微调收线机速度，同时计算出实际收线盘外径。
　　9、人机界面／编程计算机
　　用于PLC编程，是系统监视控制上位机，可以完成系统数据统计、故障报警和运行参数设定等功能。如果系统没有配备监控计算机，上述的设定值可通过拨码开关直接在PLC中设定。收线机与绞弓的转向相同，彼此独立，没有任何机械联系。原系统的收线机设置在绞弓设备上，因此绞弓体积庞大，转速不可能太快，速度仅为200rpm／min，收线速度60m／min。改造后的机械设计方式，使绞弓结构小巧、紧凑，转速可以达到1000rpm／min，收线速度达到180m／min，大大地提高了生产效率。
　　收线机与绞弓是产生内节距的关键设备，其速度的稳定性和精度直接影响电缆节距和频宽特性，因此这两台设备的驱动器选用非常重要。经过对众多品牌变频器的技术、性能和综合价格比较后，决定选用艾默生EV2000变频器作为收线机和绞弓的驱动。为了满足设备的速度精度要求，驱动器速度反馈采用编码器反馈，能同时改善系统力矩响应。收线机和绞弓属于大惯量设备，为了满足降速和恒速运行过程中的快速调速响应性能，电机会产生能量回馈，为了避免变频器直流母线电压过高，在驱动器上加装了制动单元和制动电阻。牵引机和排线机采用艾默生EV1000变频器，由于牵引机是整套系统速度的基准点，因此采用了测速反馈系统，提高系统速度精度。
　　艾默生变频器的稳定性和可靠性在设备额定运行中起到了非常重要的作用，设备改造的成功，表明变频器的运行完全胜任系统的复杂要求。