3電氣方案解析
根據(jù)工藝要求，對(duì)變頻器進(jìn)行如圖3的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用的是Siemens公司的S7系列PLC與艾默生TD3300,EV3000變頻器通訊，筆者提供相應(yīng)的GSD文件配置在上位機(jī)的應(yīng)用程序中，并帶有指令解析的對(duì)照表，與PROFIBUS總線(xiàn)接口模塊之間進(jìn)行通訊連接，通過(guò)上位機(jī)“控制字”的發(fā)送和對(duì)變頻器“狀態(tài)字”的讀取來(lái)進(jìn)行控制。將FF.20連接到PZD區(qū)，對(duì)運(yùn)行張力進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，使設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
主速度通過(guò)總線(xiàn)適配器TDS-PA01與SM-PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)張力輥?zhàn)冾l器EV3000進(jìn)行給定。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸,采樣張力輥輸出的線(xiàn)速度作為卷曲機(jī)變頻器TD3300-4T1320G的線(xiàn)速度輸入。卷曲系統(tǒng)工作在張力開(kāi)環(huán)控制模式下，為了更好的零速建張,使板材不出現(xiàn)松弛,把（X3)做為點(diǎn)動(dòng)與閉環(huán)矢量切換。有卷徑計(jì)算，每次工作完成后需要把卷徑復(fù)位，故將（X2）端子設(shè)定為卷徑復(fù)位。
在張力開(kāi)環(huán)控制下旋轉(zhuǎn)編碼器選擇正確十分重要，編碼器輸出與變頻器接口相匹配，否則直接影響變頻器準(zhǔn)確工作。現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)與變頻器之間距離有130米，對(duì)編碼器的硬件指標(biāo)要求很高，選擇長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)型，差動(dòng)型輸出，8-24V HTL型編碼器，將碼盤(pán)+V接到變頻器PGP 端子上0V與COM相連，編碼器與變頻器的A+與A+，A-與A-，B+與B+,B-與B-，相對(duì)應(yīng)連接，把CN4跳到DI側(cè)。
張力開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，電機(jī)運(yùn)行有兩種狀態(tài)，即電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)。在卷曲張力開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中（張力輥與卷曲機(jī)之間構(gòu)成卷曲張力系統(tǒng)），張力輥在運(yùn)行的時(shí)候永遠(yuǎn)處于發(fā)電狀態(tài)。所以，把控制張力輥的變頻器配置相應(yīng)的制動(dòng)單元及自動(dòng)電阻，將發(fā)電狀態(tài)下的多余能量消耗掉。同樣，在開(kāi)卷張力開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中（開(kāi)卷機(jī)與五輥矯直之間構(gòu)成開(kāi)卷張力系統(tǒng)），把控制開(kāi)卷機(jī)的變頻器也配置相應(yīng)的自動(dòng)單元及自動(dòng)電阻。
4調(diào)試過(guò)程:
1. 初步檢查變頻器，電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器的接線(xiàn)及參數(shù)設(shè)定。
?電機(jī)銘牌參數(shù)：
準(zhǔn)確記錄電機(jī)參數(shù)，并把數(shù)值分別設(shè)定到F1.00-F.05中。
?旋轉(zhuǎn)編碼器：
型號(hào)：EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）
注：原旋轉(zhuǎn)編碼器型號(hào)：E6B2-CWZ6C（歐姆龍）為客戶(hù)選定
1024線(xiàn)輸出，工作電壓24VDC 長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)型，差動(dòng)輸出，8-24V HTL型編碼器
注：重點(diǎn)檢查旋轉(zhuǎn)編碼器與變頻器的接線(xiàn)方式是否為差動(dòng)式接線(xiàn)方式。
Fb.00=1024
Fb.01=0
Fb.02=0
Fb.03=5s
2.變頻器對(duì)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)諧
正確輸入電機(jī)銘牌參數(shù)，并認(rèn)真核對(duì)。
檢查電機(jī)與負(fù)載完全脫離，使電機(jī)處于完全空載狀態(tài)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，以獲得被控電機(jī)的準(zhǔn)確電氣參數(shù)，自動(dòng)存入F1.11-F1.16參數(shù)組中。
注：電機(jī)運(yùn)行時(shí)不能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧。
3.在鍵盤(pán)控制模式下測(cè)試電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力是否正常，編碼器工作是否正常。
在開(kāi)環(huán)矢量狀態(tài)下，用鍵盤(pán)控制變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行空載旋轉(zhuǎn)，觀察變頻器運(yùn)行狀態(tài)一切正常，到電機(jī)旁，對(duì)電機(jī)進(jìn)行仔細(xì)觀察，看電機(jī)的安裝平穩(wěn)狀況，電機(jī)軸的動(dòng)平衡，電機(jī)是否有異常的聲音。一切正常后，分別加不同頻率進(jìn)行空轉(zhuǎn)。
在閉環(huán)矢量狀態(tài)下 (F0.02=1,F3.06=3)運(yùn)行，變頻器起車(chē)報(bào)E001或E010故障，轉(zhuǎn)到開(kāi)環(huán)矢量狀態(tài)后就恢復(fù)正常，經(jīng)過(guò)幾次測(cè)試結(jié)果相同。初步確定故障原因不在變頻器，測(cè)量編碼器開(kāi)環(huán)矢量輸出脈沖電壓A，B與M之間8-13V波動(dòng)，靜態(tài)輸出脈沖電壓幅值為3.5V，檢查屏蔽線(xiàn)接線(xiàn)完好，是單端接地。可能傳輸信號(hào)受干擾，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有歐姆龍編碼器E6B2-CWZ6C的說(shuō)明書(shū)，為了拿出充足依據(jù)讓客戶(hù)更換編碼器，與歐姆龍客服反復(fù)溝通，得知E6B2-CWZ6C型的編碼器傳輸距離只有10米，根本滿(mǎn)足不了實(shí)際需求，旋轉(zhuǎn)編碼器為T(mén)TL輸出。開(kāi)路集電極輸出編碼器抗干擾能力差，不適合遠(yuǎn)距離工作。建議更換HTL型差動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)編碼器傳輸距離為100米。更換編碼器后，變頻器在閉環(huán)矢量模式下運(yùn)行繼續(xù)報(bào)E010故障。測(cè)量旋轉(zhuǎn)編碼器靜態(tài)脈沖幅值電壓A與A-，B與B-之間電壓為22.5V,A、A-、B、B-與M之間電壓為10.5V與旋轉(zhuǎn)編碼器正常工作狀態(tài)相同，客戶(hù)開(kāi)始懷疑變頻器有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試結(jié)果不理想。詢(xún)問(wèn)客戶(hù)，旋轉(zhuǎn)變頻器到變頻器柜之間準(zhǔn)確距離，可能是不足100米，為了逐步排除故障原因，自己親自拿皮尺重新測(cè)量變頻器柜與編碼器之間的實(shí)際距離為130米，測(cè)試另外一組卷曲系統(tǒng)故障相同。最后，客戶(hù)同意再次更換，把旋轉(zhuǎn)編碼器改型號(hào)為EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）。更換后測(cè)量旋轉(zhuǎn)編碼器靜態(tài)幅值電壓為20V，運(yùn)行狀態(tài)幅值電壓為A與A-，B與B-之間電壓為0V，A、A-、B、B-與M之間電壓為10.9V符合TD3300變頻器接口的要求，在張力開(kāi)環(huán)模式下運(yùn)行一切正常。
4.慣量補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用。
在張力開(kāi)環(huán)模式運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行的不太平滑，頻率有些波動(dòng)，不管怎樣調(diào)節(jié)參數(shù)的設(shè)置都無(wú)法消除。
啟動(dòng)調(diào)諧（F2.21= 1），變頻器會(huì)自動(dòng)辨識(shí)系統(tǒng)慣量。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行辨識(shí)時(shí)，機(jī)器在加速過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)流，將加減速時(shí)間延長(zhǎng)，消除過(guò)流現(xiàn)象。機(jī)器兩次加速到40HZ后，獲取的系統(tǒng)慣量補(bǔ)償系數(shù)和摩擦補(bǔ)償系數(shù)，分別存入FC.12和FC.10。補(bǔ)償之后運(yùn)行發(fā)現(xiàn)電機(jī)經(jīng)常運(yùn)行到50HZ，速度也很快，滿(mǎn)足不了工藝要求，時(shí)常報(bào)過(guò)流故障。改變加減速時(shí)間也不起作用，檢查參數(shù)設(shè)置正確，考慮到不會(huì)有其它因素影響電機(jī)運(yùn)行，試著減少摩擦補(bǔ)償發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行趨于平穩(wěn)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的慣量補(bǔ)償也進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，頻率穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期效果。
幾次試車(chē)發(fā)現(xiàn)TD3300變頻器啟動(dòng)時(shí)力矩突加較大，容易造成飛車(chē)，修改F3.12參數(shù)，使TD3300變頻器啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩模式限制輸出轉(zhuǎn)矩的變化率，減緩啟動(dòng)時(shí)力矩的突變，直到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。完全滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，客戶(hù)也非常滿(mǎn)意。
5.TD3300參數(shù)設(shè)置:
F0.02=1 閉環(huán)矢量
F0.03=6 通訊設(shè)置
F0.05=6 通訊控制
F0.10=30s 加速時(shí)間
F0.11=20s 減速時(shí)間
F2.21 系統(tǒng)慣量調(diào)諧見(jiàn)說(shuō)明書(shū)
F3.06=3 開(kāi)環(huán)張力控制模式
F3.12=20s 轉(zhuǎn)矩變化時(shí)間
F5.02=12 卷徑復(fù)位1指令
F5.03=24 張力切換端子
F6.06= 按實(shí)際設(shè)置
F6.07= 按實(shí)際設(shè)置
F8.00=0 收卷模式
F8.02=10000N 張力數(shù)字設(shè)定（按工藝要求調(diào)節(jié)大小，不需設(shè)定由PLC通訊給定）
F8.03=30000N 最大張力
F8.07=50 張力錐度系數(shù)
F8.08=1 卷徑來(lái)源計(jì)算
F8.09=2000 最大卷徑
F8.10=620 空心卷徑
F8.16=620 當(dāng)前卷徑
F8.17=1 張力方向設(shè)定
F9.00=6 波特率選擇
F9.02= 本機(jī)地址（按實(shí)際設(shè)置）
FC.00=5 線(xiàn)速度輸入選擇
FC.03=90m/min 最大線(xiàn)速度
FC.09=8.1 靜摩擦力矩補(bǔ)償
FC.10=8.1 滑動(dòng)摩擦補(bǔ)償系數(shù)
FC.12=3.28 系統(tǒng)慣量補(bǔ)償系數(shù)
6.卷徑計(jì)算:
F8.08=1，卷徑來(lái)源選擇線(xiàn)速度計(jì)算，
FC.03=90m/min，工藝要求
此系統(tǒng)是SM-PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，卷徑精確計(jì)算是在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在滿(mǎn)足開(kāi)環(huán)張力模式控制最大卷徑設(shè)定即可。
結(jié)束語(yǔ)：
TD3300張力專(zhuān)用變頻器首次成功應(yīng)用于大型工礦企業(yè)熱軋板的卷曲張力系統(tǒng)中，在無(wú)任何成熟案例和技術(shù)支持的情況下，通過(guò)不斷的摸索，克服重重苦難，查閱大量相關(guān)資料，仔細(xì)推敲每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，不放過(guò)任何一個(gè)有疑義的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)28天的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，最終達(dá)到所有設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。為艾默生變頻器應(yīng)用開(kāi)辟新的領(lǐng)域，為以后成熟穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
作者簡(jiǎn)介：
王俊芳 男 工程師，現(xiàn)在鞍山新和電氣有限公司技術(shù)部從事變頻器及低壓電氣設(shè)計(jì)、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。
任惠峰 男 工程師，現(xiàn)在鞍山新和電氣有限公司總工程師。
參考文獻(xiàn)：（略）
