TD3300应用案例

TD3300应用案例

一、厂家情况简介

　　在国内绕组线拉丝机械制造方面是最大的厂家，年产拉丝机设备400多套，变频器的用量主要集中在1KW，年

需400多台，厂家主要设备有单变频系统和双变频系统，单变频系统使用11KW变频器，拉丝部分和卷绕用一台电

机驱动，卷绕控制采用机械完成，变频器转矩达到要求就可以了，这种设备成本较低，但机械部分复杂；双变频

系统的收卷部分采用3.7KW变频器控制4KW电机，要求卷绕张力恒定，厂家控制板加安川变频器的方法实现，成本

较高，控制系统繁杂。 目前市场压力越来越大，厂家希望降低成本，希望卷绕部分采用变频器直接进行控制的

方式，而用安川变频器无法实现，所以厂家对其他的变频器厂商开放了准入的机会，厂方首先在双变频系统上包

括11KW主驱动电机采用我司变频器。


二、背景

　　铜线细伸机（拉丝机）工作简要原理如下：



1.工作简要原理：
ｎ级拉伸共用一台11KW电机拖动，拉伸力来源于拉伸轮与铜线的摩擦力，摩擦力的大小与铜线的张紧程度

有关，整个拉伸系统各级之间依靠拉伸轮的转速差别和线上张力传递来控制同步协调工作。工作时需用冷却

油进行散热。 绕圈部分用一台3.7KW电机拖动，需要保持第ｎ级拉伸到绕筒之间线上张力恒定，若这一段张

力波动，则第ｎ级拉伸轮上的摩擦力就会波动，依此类推，整个拉伸系统就处于波动状态，拉出的铜丝质量

会变差，甚至由于打滑将铜丝磨断

2.系统控制要求：
11KW主驱动用通用变频器模拟给定速度的方式，很简单无特殊要求；卷绕部分用3.7KW电机驱动，要求

线上张力恒定，张力摆杆保持在恒定位置，我们试的就是这一部分。



3.控制难点：
　末级铜线极细，极易拉断，卷满铜线的卷筒很重，转动惯量很大。 既要快速跟踪主驱动的速度变化，

又要调节线上张力恒定，还不能有过大的抖动，同时卷径的变化对输出频率与线速度的比例关系。

4.控制方案：采用频率复合给定的方式
　　　　　　　　　　　　　　　F=F1×（D0/D）+ΔF

F为输出频率；F1为主设定频率，利用主驱动变频器的模拟输出按空卷时对应的比例取得；D0为空筒卷径D为

实际卷径；ΔF为过程PID的输出量，由变频器内置PID实现，反馈信号为张力摆杆的输出。

5.结果：

加减速过程和恒速运行都能保持稳定的张力，空卷起动运行、满卷起动都没问题， 最高线速2500M/MIN（变

频器输出频率约100HZ）。


6.存在问题：
　　实验系统上11KW主驱动用的是松下变频器，工作在V/F控制方式下，如果停机状态铜线没有绷紧，当系统

开始起动时，因为打滑的缘故，主驱动没有吃上载，随着卷绕变频器控制张力快速建立起来的同时，主驱动

的负载突然增加而转速跌落很大，使线上张力急速变大，造成的结果要么是拉断铜线，要么是引起PID调节的

振荡，再者松下变频器的模拟输出在0~5HZ严重偏高，并且在60HZ就达到满值。因为以上的原因，使系统起动

的开始部分象过关，一旦起动起来，其他的过程都没问题。我们做实验，起动前先手工将铜线绷紧，就能顺

利起动起来。

　　 厂方电气部的张部长对调试结果很满意，对主驱动11KW松下变频器的性能不足也很了解，要求下次将主

驱动的11KW变频器换成我司的TD3000，把控制效果调到最佳。

　　　拉丝机的卷绕部分直接用变频器控制目前还是第一次实现，永雄机械厂使用变频器的品牌也很多，但

都不能对卷绕直接控制，以前采用的大多是伺服电机控制，系统成本不低，工艺复杂，厂方一直想用变频器

取代。我司变频器的成功应用，必将大大提升我司在拉丝行业的品牌，并对其他工控行业产生辐射效应。单

纯就永雄机械厂来讲，同类机械年产即四、五百台，每一台用一台11KW和一台3.7KW，其它设备使用的通用变

频器若全采用我司的，数量也很可观。通过永雄机械厂在同行业中影响，我司变频器在拉丝行业的推广将会

有很大优势。

控制性能完全达到要求，无论起动、停机还是高速运行，收线张力都很平稳，起动、停机时间也可以调的比

较短，经过试验，PID参数在比较宽的范围内都能达到控制效果，使以后用户的调试变的很简单。在调试过程

中发现高速时张力摆杆会出现周期性的摆动，怎么调节PID参数也无法消除，后来发现扰动发生在排线器走到

两边时，停机观察，原来是排线器没有调好，使卷绕不均匀，两边紧靠边的地方卷径明显比中间粗，扰动即

来源于此，换上新卷后，扰动消失。通过和上次调试情况对比，TD3000的性能优势是非常明显的，起动时观

察电机运转很平稳，模拟量输出信号线形度非常好。我们调试用的拉丝机已经很旧，高速拉丝振动很大，控

制柜是99年DANFOSS的代理商给设计的。厂方很满意调试结果，马上要针对我司重新设计两套控制柜，作为高

性能拉丝机样机参加展览，对我司在拉丝行业甚至整个工控行业的品牌提升将会产生很大影响。


（附）控制接线图如下：



7.控制方案及功能码如下
　　A、拉丝机的主驱动选用TD3000 11KW变频器，采用端子控制、模拟速度设定，模拟输出端子AO1设定为运

行频率输出，用来作为收线变频器的频率主给定和线速度反馈信号。可编程继电器设为零速到达信号输出，

控制系统的抱闸，X1端子设定为自由停车端子，用做非正常情况下的停机信号。

运行方式采用开环矢量控制，具有低频转矩大，运行平稳的特性，运行前先要对电机进行自动参数调谐。

参数设置如下：

　B、收线部分是系统控制的难点，对整个拉丝机的性能具有决定性的影响，要求收线张力恒定，张力可

用摆杆信号反馈。现场实验时拉的铜线线径只有0.2mm，张力稍微一大就会拉断，而缠满铜线的卷筒有几十

公斤，因为惯量转矩远远大于张力转矩，所以用张力开环的方式行不通，而用张力反馈进行PID调节频率的

方式，在加减速过程中很难快速跟随。

根据以上情况，采用通过11KW主驱动变频器的运行频率和收线卷的卷径计算出同步跟踪频率作为主给定频率

，用张力反馈信号进行PID运算作为辅助调节频率的方案。11KW的一个模拟输出端口设定为运行频率输出，

信号为0~20mA，对应0到最大频率，接到3.7KW模拟输入口AI2，3.7KW变频器的AI2改变跳线为电流设定，输

入0~20mA对应0到最大频率，最大频率设为主驱动最大频率时对应的收线电机在空卷时的频率。卷径来源选

用方案0——线速度卷径计算法，线速度的来源也用11KW的模拟输出，用AI2输入，0~20mA对应0到最大线速

度，最大线速度设为主驱动电机最大频率时对应的收线线速度。

线速度较低时，卷径计算的误差会比较大，所以应将最低线速度设为比较合理的值，当线速度低于设定的最

低线速度时，卷径将保持，而不再进行计算，此时的卷径变化非常慢，所以不会有影响。

收线变频器的参数设置如下：