摘 要：本文分析了張力開環(huán)控制模式下，通過總線適配器TDS-PA01和SM-PROFIBUS-DP總線與上位機(jī)通訊在TD3300
變頻器上的應(yīng)用，并分析了解決問題的方法和如何進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
關(guān)鍵詞： 張力 TD3300變頻器 SM-PROFIBUS-DP總線控制 旋轉(zhuǎn)
編碼器 參數(shù)設(shè)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.
Key words: tension TD3300 Inverter SM-PRIFIBUS-DP bus control encodes parameter setting
1 引言
天津華璟酸洗線成套項(xiàng)目：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，由于酸洗后的熱軋板寬度為850mm,厚度2.75-5mm。系統(tǒng)對(duì)張力要求較高，在卷曲過程中需要恒定平穩(wěn)的張力。本工程采用艾黙生TD3300-4T1320G張力控制專用變頻器與EV3000-4T0550G矢量控制變頻器相匹配組成張力開環(huán)系統(tǒng)，TD3300用作系統(tǒng)開卷機(jī)和收卷機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，EV3000作為系統(tǒng)主牽引部分。這是艾默生變頻器首次應(yīng)用于大型熱軋板卷曲，開卷張力系統(tǒng)中。現(xiàn)場(chǎng)操作控制方式為SM-PROFIBUS-DP總線方式，采用此總線控制方案，操作簡單、便與維護(hù)、系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高、提高工作效率。
2 方案確定
(1)現(xiàn)場(chǎng)為兩條相同的酸洗線，每條酸洗線變頻器及相對(duì)應(yīng)的電機(jī)配置如下：見圖1、2
·2輥張力輥?zhàn)冾l器： EV3000-4T0550G 1臺(tái)；
·變頻電機(jī) Y2VPEJS280S-61 1臺(tái)；
·5輥矯直變頻器：EV3000-4T0550G 1臺(tái)；
·變頻電機(jī) YTSP280M-6 1臺(tái)；
·收卷變頻器： TD3300-4T1320G 1臺(tái)；
·變頻電機(jī)： YTSP315M2-6M1臺(tái)；
·開卷變頻器： TD3300-4T1320G 2臺(tái)；
·變頻電機(jī)： YTSP225M-6 2臺(tái)；
· 卷曲機(jī)和開卷機(jī)為變頻電機(jī)并加裝旋轉(zhuǎn)編碼器。
· 輔助傳動(dòng)是由一臺(tái)S7-400PLC并配置1臺(tái)ET200遠(yuǎn)程I/O子站實(shí)現(xiàn);
· 酸洗線控制系統(tǒng)配置：采用SM-PROFIBUS-DP
總線與總線適配器TDS=PA01通訊控制變頻器，操作方便簡單。見圖3
圖1
圖2
圖3
(2)張力系統(tǒng)選擇
·采用速度差建立張力系統(tǒng)（速度建張）普通變頻器可以滿足，張力值不準(zhǔn)確，在實(shí)際工藝中驅(qū)動(dòng)板材運(yùn)行的張力輥和卷曲軸都是主動(dòng)輥，對(duì)速度匹配要求極高，當(dāng)速度出現(xiàn)偏差就會(huì)使板材出現(xiàn)褶皺或偏中，板材卷曲會(huì)出現(xiàn)松緊不一致，精度控制不穩(wěn)。
·采用張力計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)張力，系統(tǒng)控制精度高，工藝全過程要求張力閉環(huán)控制，成本造價(jià)高，工藝繁瑣，不被采用。
·零速建張力系統(tǒng)，在開始卷曲的同時(shí)建立起張力系統(tǒng)，有足夠大的張力使板材之間繃緊，卷起板材全過程恒張力運(yùn)行，通過SM-PROFIBUS-DP總線方式控制把張力輥AO1的線速度輸出作為卷取機(jī)TD3300變頻器的線速度輸入。張力恒定速度匹配精準(zhǔn)受到客戶的高度認(rèn)同，實(shí)現(xiàn)無人看守操作，控制線路維護(hù)簡單方便。
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總線接口模塊之間進(jìn)行通訊連接，通過上位機(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。
主速度通過總線適配器TDS-PA01與SM-PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)張力輥?zhàn)冾l器EV3000進(jìn)行給定。通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸,采樣張力輥輸出的線速度作為卷曲機(jī)變頻器TD3300-4T1320G的線速度輸入。卷曲系統(tǒng)工作在張力開環(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，選擇長線驅(qū)動(dòng)型，差動(dòng)型輸出，8-24V HTL型編碼器，將碼盤+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，在開卷張力開環(huán)系統(tǒng)中（開卷機(jī)與五輥矯直之間構(gòu)成開卷張力系統(tǒng)），把控制開卷機(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)試過程:
1. 初步檢查變頻器，電機(jī)，旋轉(zhuǎn)編碼器的接線及參數(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）為客戶選定
1024線輸出，工作電壓24VDC 長線驅(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方式是否為差動(dòng)式接線方式。
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。
在開環(huán)矢量狀態(tài)下，用鍵盤控制變頻器對(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，變頻器起車報(bào)E001或E010故障，轉(zhuǎn)到開環(huán)矢量狀態(tài)后就恢復(fù)正常，經(jīng)過幾次測(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，檢查屏蔽線接線完好，是單端接地。可能傳輸信號(hào)受干擾，現(xiàn)場(chǎng)沒有歐姆龍編碼器E6B2-CWZ6C的說明書，為了拿出充足依據(jù)讓客戶更換編碼器，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，根本滿足不了實(shí)際需求，旋轉(zhuǎn)編碼器為TTL輸出。開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，客戶開始懷疑變頻器有問題，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試結(jié)果不理想。詢問客戶，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)器在加速過程中出現(xiàn)過流，將加減速時(shí)間延長，消除過流現(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，滿足不了工藝要求，時(shí)常報(bào)過流故障。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，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。完全滿足客戶的要求，客戶也非常滿意。
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)諧見說明書
F3.06=3 開環(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線速度輸入選擇
FC.03=90m/min 最大線速度
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，卷徑來源選擇線速度計(jì)算，
FC.03=90m/min，工藝要求
此系統(tǒng)是SM-PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)控制，卷徑精確計(jì)算是在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在滿足開環(huán)張力模式控制最大卷徑設(shè)定即可。
結(jié)束語：
TD3300張力專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，在無任何成熟案例和技術(shù)支持的情況下，通過不斷的摸索，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)，不放過任何一個(gè)有疑義的問題，經(jīng)過長達(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。
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