四方E380变频器与东元变频器细拉机上的联动应用
一、拉丝机原理:
拉丝机原理简述:
双变频伸线机为电线电缆的主要加工设备,属于拉丝机的一种。它通过机械机构传动导轮,牵引丝线经过拉丝模,逐步将丝线牵引到目标直径。为了保证出线的线径均匀,保证产品质量,使丝线通过一个张力杆,调节张力杆的重量,达到调节丝线直径的目的。而保证张力杆的平衡,是保证线径均匀,保证好的产品质量的先决条件。控制的关键在于保证张力杆的稳定和平衡。简单的开环控制和普通PID调节是远远达不到要求的。因此,现有的拉丝机有不同的控制方案:1、使用PID控制板。调节控制板的电子元器件参数,达到调节稳定度的目的。使用此方法具有很大的劣势,因为电子元器件随温度等外界环境的变换而变换导致PID参数改变,需要长期的维护。2、使用外部PLC控制。可以内部集成PID算法,稳定性比较好,但是PLC的成本压力,使这种方案的采用较少。3、使用单片机控制系统或者人机界面替代PLC,集成外部显示信号,做到控制的人性化。但是与PLC控制类似,无形中增加了厂家的制造成本。4、使用拉丝机专用卷绕变频器。当前市场上针对拉丝专用的变频器种类比较多,控制方法也不相同,但有一个共同点,集成了部分拉丝机设定和显示功能,使用前馈PID算法,保证了拉丝机稳定可靠运行。针对无锡新区客户,我们推荐使用四方拉丝机专用变频器。分析如下:
客户原有控制方案使用东元做主拉变频器,通过PID控制板实现张力闭环控制。客户反映,由于PID反馈控制板的参数调试困难比较大,维护不方便,使用过程中,由于PID板电子器件的寄生参数变化经常导致产品的性能不稳定,需要工程师及时跟进维护,运行中摆动幅度较大,影响产品品质。四方拉丝机专用变频器的参数调节简单,稳定度比PID控制板优化,参数的可拷贝功能,减免了调节参数的繁琐过程。
二、产品功能特点:
E380是四方电气于2007年年初推出的集成型变频器,在E350系列的基础上,改进了硬件和软件设计,集成了多种专用功能,针对拉丝行业,E380改进了PID设计,通过参考主机频率的前馈PID设计,达到张力的平衡,为实现主机和卷绕的稳定同步。此外如主机为E380系列,则可通过RS485通信功能联动,实现加工产品的高性能。
E380系列拉丝专用软件模块特点:
1:前馈PID功能控制,节省PID控制板。
2:自适应PID参数调整,变频器自优化PID调节性能。
3:简单易懂的拉丝专用参数组,大大减少客户调试时间和难度。
4:转速检测和显示,线长计长设定和检测,显示功能,节省客户转速显示表,计5:米表等设备成本。
5:多种断线检测和报警方式,避免出现意外情况下的事态扩大。
6:RS485联动控制,且可随意调节的联动比例,增加了联动信号的精度,更易于实现张力杆的稳定控制。
7:软件的模块化设计,可切换到通用模式。
三、系统概述:
伸线动力: 东元7200MA-4T0037变频器
收卷动力: 四方E380-4T0022拉丝专用变频器
进线径: ф0.5
出线径: ф0.06
张力反馈方式: 360度高精度旋转电位计,重力式摆杆反馈。
模数:22
四、拉丝伸线机系统实现:
1、外围器件功能说明:
R1 拉丝机主拉调节电位机
R2 反馈杆高精度旋转电位计
R3 从机外接制动电阻
S1 主机启动常开自锁按钮
S2 主机停机常闭自锁按钮
S3 主机点动脚踏点动开关
S4 主机以及从机故障复位非自锁开关
S5 断线检测接近开关
M1 抱闸信号控制继电器
M2 排线机启动信号控制接触器
2、主机接线功能说明:
15V VIN GND 主机频率给定
DI1 DG 主机正转-停机指令
DI3 DG 从机故障反馈信号
DI5 DG 主机点动指令
DI4 DG 主机,从机外部复位
RA RB RC 主机故障输出报警
AO1 GND 主机频率类比信号输出
DO1 DOG 主机频率到达信号
3、从机接线功能说明:
VC2 GND 主机联动频率信号
PLS CM 测速转盘脉冲信号
X1 CM 断线检测信号
RST CM 从机外部复位信号
FWD CM 从机正转启动信号
TA TB TC 从机故障反馈信号
VS VC1 GND 反馈模拟输入信号
OC2 CM 断线抱闸输出信号
OC1 CM 排线机启动信号
PB P+ 从机外接制动电阻
五、控制功能注意事项:
1:主机点动信号与主机控制从机启动
为了确保主机的点动独立,从机的启动在主机启动后执行,方案中使用主机的集电极输出作为控制从机的启动信号,需要设定主机的点动频率低于DO1的频率检出对应频率。
2:主机与从机的故障复位
在运行中,如从机出现故障,通过主机的DI3端口检测,使主机做出对应的处理,当故障排除后,可通过S4开关进行手动复位,S4的复位是同时对主机和从机进行复位。
3:主机和从机的同步控制
主拉变频器输出频率决定了整个拉丝机械的工作效率,同时也为卷绕机的PID环节提供前馈频率信号,从而使卷绕变频器的PID功能输出稳定,保证摆杆的稳定运行。主机通过类比输出AO1,输入到从机VC2模拟信号输入端。
4:张力杆反馈调节
张力反馈电位计R2为360度的高精度电位计,通过E380监控参数监测,当摆杆位置最低时,对应反馈D-9的值为0。当摆杆位置最高时,对应反馈D-9的值为100,同时保证在平衡点反馈值与设定值一致,可以通过调节对应模拟输入通道的特性实现。
5:断线检测功能
使用X1端子作为变频器断线检测接近开关,通过参数调节,当摆杆在低位时,通过设定的延迟时间,对断线故障进行判断,从而及时停止从机的运行。同时输出电动机抱闸信号。使主机和从机停止运行。变频器输出故障FU.24,在设定时间内,可将FU.24自动复位。
6:线速度检测
卷绕机的线速度检测通过滑动导轮的接近开关实现,通过检测接近开关信号的频率,可以实现卷绕机线速度的检测,从而实现计米功能和自动计长功能。现有控制方式中,导轮每转动一圈,接近开关输出一开关信号。丝线最大线速度需要根据导轮的半径具体计算。
F8.9=2*(3.14)*R*[(F2.7)*1000]
(其中R为导轮的半径,单位为m,F8.9的单位为m/S)。
附录1:东元变频器主机主要参数表:
主机参数参考表及简单说明:
功能代码 |
名称 |
出厂值 |
参考设定值 |
参数简述 |
AN-17 |
寸动频率 |
6.00 |
3.0 |
点动频率3HZ |
BN-01 |
加速时间1 |
10 |
60 |
主机加速时间60S |
BN-02 |
减速时间1 |
10 |
60 |
主机减速时间60S |
CN-02 |
最大输出频率 |
60 |
75 |
上限运行频率75HZ |
CN-04 |
最大电压时输出频率 |
60 |
75 |
最高运行频率75Hz |
CN-29 |
加速频率检出 |
0 |
3.60 |
加速频率检出为3.6HZ |
CN-30 |
减速频率检出 |
0 |
3.60 |
减速频率检出为3.6HZ |
CN-31 |
频率检出幅度 |
2.00 |
0.50 |
频率检出幅度0.5HZ |
SN-04 |
运行命令选择 |
0 |
1 |
外部端子控制运转指令 |
SN-05 |
运行频率指令 |
0 |
1 |
控制回路端子控制频率 |
SN-06 |
停止方式选择 |
0 |
0 |
减速停机 |
SN-08 |
反转机能选择 |
0 |
1 |
反转禁止 |
SN-24 |
频率类比特性 |
0 |
0 |
VIN频率输入 |
SN-25 |
端子5功能选择 |
02 |
12 |
DI5输入功能选择点动运行 |
SN-31 |
DO1功能选择 |
0 |
5 |
DO1输出选择FDT |
SN-33 |
AO1功能选择 |
0 |
1 |
输出频率对应模拟量输出 |
功能代码 |
名称 |
出厂值 |
参考设定值 |
参数简述 |
F0.0 |
模式选择 |
0001 |
0001 |
拉丝模式 |
F0.1 |
频率输入通道 |
0 |
5 |
前馈电压输入源 |
F0.4 |
运行命令通道 |
0000 |
0001 |
主机控制从机启动 |
F0.7 |
下限频率 |
0 |
0 |
|
F0.8 |
上限频率 |
50 |
75 |
上限频率设定为75Hz |
F0.10 |
加速时间 |
× |
1 |
加速时间1S |
F0.11 |
减速时间 |
× |
1 |
减速时间1S |
F2.2 |
VC2输入下限 |
0 |
0 |
前馈电压最小0V |
F2.3 |
VC2输入上限 |
10 |
10 |
前馈电压最大10V |
F2.6 |
PLS输入下限 |
0 |
0 |
线速度脉冲最小0Hz |
F2.7 |
PLS输入上限 |
10 |
0.2 |
线速度脉冲最大200Hz |
F2.8 |
最小设定频率 |
0 |
0 |
前馈电压对应频率 |
F2.9 |
最大设定频率 |
50 |
75 |
前馈电压对应频率 |
F3.0 |
输入端子1选择 |
1 |
34 |
断线接近开关输入端子 |
F3.6 |
输出端口1选择 |
0 |
2 |
OC1选择FDT电平输出 |
F3.7 |
输出端口2选择 |
22 |
22 |
OC2抱闸输出 |
F3.8 |
继电器输出 |
16 |
16 |
变频器故障输出 |
F3.10 |
FDT水平设定 |
10 |
2 |
排线机2HZ启动 |
F3.11 |
FDT输出延迟 |
2 |
0.1 |
排线机延迟0.1S |
F4.5 |
断线等待时间 |
0.1 |
0.1 |
断线后等待0.1秒输出抱闸 |
F4.17 |
第二加速时间 |
1 |
0.7 |
PID环加速时间 |
F4.18 |
第二减速时间 |
1 |
0.7 |
PID环减速时间 |
F7.0 |
PID反馈通道 |
1 |
0 |
反馈杆通道选择VC1 |
F7.1 |
PID功能设置 |
0021 |
0021 |
根据运行频率调整PID |
F7.2 |
比例增益1 |
1 |
0.95 |
比例增益1为0.95 |
F7.3 |
积分时间1 |
10 |
10 |
积分时间常数1为10 |
F7.4 |
微分时间1 |
2 |
5 |
微分时间常数1为5 |
F7.5 |
比例增益2 |
1 |
0.2 |
比例增益2为0.6 |
F7.6 |
积分时间2 |
15 |
40 |
积分时间常数2为30 |
F7.7 |
微分时间2 |
5 |
4 |
微分时间常数2为5 |
F7.8 |
PID上限限幅 |
20 |
20 |
PID限幅20 |
F8.0 |
启动延时增益 |
10 |
8 |
启动延迟为8 |
F8.1 |
起始动作频率 |
6 |
3.5 |
等待主机频率3.5HZ后启动 |
F8.8 |
线速度输入源 |
0 |
4 |
脉冲输入 |
F8.9 |
最大线速度 |
2500 |
2000 |
最大线速度2500m/s |
F8.12 |
断线检测方式 |
0 |
1 |
根据反馈杆接近开关检测 |
F8.13 |
断线检测最低频率 |
10 |
12 |
从机超过15HZ开始检测 |
F8.14 |
断线检测下限值 |
10% |
20% |
摆杆下限20%检测 |
F8.16 |
断线检测判断延时 |
2 |
0.5 |
断线延时判断时间0.5S |
F8.17 |
断线故障自动复位 |
0 |
1 |
故障自动复位有效 |
F8.18 |
断线故障自动复位 |
15 |
7 |
断线故障自动复位时间 |
F8.20 |
刹车时间 |
3 |
7 |
刹车保持时间 |
1:摆杆反馈位置调试
四方变频器启动过程不需要人为参与,因此,必须保证几个先决条件:(1)、启动初始时,摆杆位置反馈值处于最小。(2)、启动过程完成后,摆杆的平衡稳定点处于反馈中间位置。可以通过监测参数D-9,调节参数F2.2,F2.3实现(即保证摆杆最低位置D-9=0,摆杆最高位置D-9=100,摆杆平衡位置D-9=50)。
2:启动停机过程调试
四方变频器使用独特的启动算法,最大限度保持卷绕机摆杆启动过程的平稳,实现启停不断线。影响起停的关键的参数有:
(1)、主机的加减速时间。主机加减速时间越长,启停稳定度越高,一般推荐使用50S以上。
(2)、从机的加减速时间。从机加减速时间有加减速时间1,加减速时间4,其中加减速时间1为变频器的输出频率加减速,加减速时间4为前馈PID的PID环输出加减速时间。为了保证变频器启动停机以及平稳运行时的快速响应,在保证变频器无故障输出时,应该尽量减少此两个加减速时间。
(3)启动平滑时间。平滑时间是指启动过程中摆杆被拉起的时间,时间越长,摆杆启动平稳度越好,时间越短,摆杆启动越快,需要折中选择。
(4)机械传动比。四方变频器具有自动识别机械传动比功能,在第一次使用时,如果没有正确设置机械传动比,则可能出现启停不稳定的情况。可以通过人为调节正确的机械传动比实现启动停机稳定,也可以通过第一次启动,使变频器自动识别,在第二次及以后的启动过程,均可以保证变频器正常启停。
3:摆杆平稳度调试
摆杆的平稳度是检验变频器性能的标准,四方变频器使用的是前馈PID功能算法,最大限度保证了摆杆平稳运行。四方变频器可以选择单一参数组,也可以选择根据运行频率实际自动调节PID参数组。以下论述PID参数组基本调试方法:
(1)、比例增益。比例增益影响PID环节的快速响应。当摆杆在启停或者稳定运行时出现较大超调时,可适当增加此参数值。
(2)、积分时间。积分时间常数使保证PID环节稳定的关键参数,增加积分时间,可以减少在稳定运行时的摆杆振幅。过大的积分时间常数容易形成摆杆的大幅超调。
(3)、微分时间。微分时间常数可使PID环节做出预先判断,抑制摆杆超调,但是此参数值设置过大,容易出现振荡。
七、拉丝专用监控参数及说明:
d-0: 变频器输出频率
d-6: 前馈叠加频率
d-8: 摆杆位置设定值
d-9: 摆杆位置反馈值
d-10: 从机运行线速度
d-11: 累计卷绕线长
d-20: 卷径当前值
d-21: PID环输出频率
d-22: 自适应同步增益
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