1、變頻器在拉絲機中的應用1  引言 拉絲機是電線電纜行業主要加工設備之一，主要是將銅線加工成各種規格的細線，一般由放線、水冷、收線及排線等部分組成，其中電氣傳動部份主要由放線電機和收線電機及排線電機實現。隨著變頻技術的不斷推廣，變頻器正日益被用于拉絲機設備。2  變頻控制原理及實現 2.1 拉絲機的主要電氣構成一般拉絲機主要由放線電機與收線電機及排線電機構成驅動部分。隨著收線卷徑不斷擴大，收線電機的轉速應相應減小，以保證線速恒定，在控制中常采用張力反饋裝置來調節收線電機的速度。隨著變頻器功能不斷增強、性能不斷穩定，變頻器也被使用于拉絲機，其中利用變頻器控制收線電機與放線電機，

2、而排線電機由于功率較小直接由電網電壓來控制。變頻控制示意圖如圖1所示。2.2 基本控制原理放線電機與收線電機分別由兩臺變頻器控制(如圖1)。放線變頻器通過外部電位器調節轉速，收線變頻器由放線變頻器的模擬AM輸出信號、張力平衡反饋信號經信號轉換板，再經PID調節器后控制收線變頻器(如圖2)。隨著收線筒卷徑的變化張力平衡桿的反饋信號也隨著變化，張力桿反饋信號(由精密變阻器構成)經信號轉換電路板轉換為010V，這個信號與放線變頻器模擬AM和AM-輸出信號構成PID兩路輸入信號，經PID調節后控制收線變頻器，使絲線保持一定的線速度。詳細請看附件。VC3100拉絲機專用變頻器-說明書 VC3100拉絲機

3、專用變頻器 說明書 拉絲機專用變頻器內置收線與放線兩種功能，本說明書是針對兩種張力控制功能進行說明，使用時請與VC3000系列說明書配合使用 1 收線模式 1.1 收線控制原理 當選擇收線功能時，由變頻器收線模塊構成的張力閉環系統通過調節收線機轉速可以保證拉絲機特別是微拉機收放線過程張力恒定，收、放線同步不斷線。首先由線材的線速度和卷筒的卷徑實時計算出同步匹配頻率，然后通過張力擺桿檢測出的張力反饋信號與張力設定值構成PID閉環調整變頻器頻率輸出達到收線張力恒定。 同步匹配頻率計算方程式： F=i*V/*D 其中：F：變頻器同步匹配頻率 V：線材線速度 i：機械傳動比 D：卷筒卷徑 拉絲機收線專

4、用變頻器的輸出頻率為：F=i*V/*D+K2*UPID 定義K1=i/*D。K1為卷徑系數,當空卷時為空徑系數F9.01。K2為PID調節輸出系數F9.02 1.2 收線專用功能參數說明 F9.00 拉絲機PID模式 0收線模式 F9.01 空徑系數 K0=i/*D0 取決于傳動比與收線空卷卷徑，一般取默認值 F9.02 PID調節輸出系數 張力PID調節器輸出比例調節系數K2 F9.03 平滑啟動時間 收線機啟動前一般都在機械下限位置，而不在張力擺桿的零位，由于PID的調節作用使收線機在主機頻率為零時有一定量的給定輸入頻率，若不進行相關的處理會造成收線機啟動時產生沖擊，對細拉機和微拉機而言，

5、該沖擊會造成斷線。因此，收線機啟動時需進行平滑啟動處理。在F9.03設定時間內使用加減速時間4（F2.04、F2.05），大于平滑啟動時間時使用加減速時間1（F0.11、F0.12） F9.04 卷徑計算周期 隨著收線卷徑的不斷增大，收線機的輸出頻率需不斷降低。VC3100系列變頻器具有卷徑自動計算功能，動態、實時地計算收線機的當前卷徑，以達到最佳的收線效果。 F9.05F9.08 卷徑加速計算范圍 當張力平衡桿偏離中心位置時表明卷徑計算結果與實際值存在誤差，需重新進行卷徑計算，不同的平衡桿位置采用不同的卷徑計算方法。 0.00VF9.09: 卷徑計算死區范圍 F9.09F9.08：卷徑加速計

6、算范圍1 F9.08F9.07：卷徑加速計算范圍2 F9.07F9.06：卷徑加速計算范圍3 F9.0610V： 卷徑加速計算范圍4 F9.09 卷徑計算死區范圍 為保證收線機在擺桿零位附近平穩運行，避免卷徑自動計算對擺桿擺幅的影響，VC3100系列變頻器在擺桿零位附近設定一定的死區，在此范圍內卷徑自動暫停計算。 F9.10F9.14 卷徑計算增益 對卷徑加速計算范圍進行微調 F9.15 卷徑復位選擇 空徑時收線機輸出頻率為F0 ，滿徑時收線機輸出頻率為FF ，滿徑和空徑時收線機輸出頻率相差較大。為使收放線速度盡快同步,收線機在換卷時需進行卷徑復位。VC3100系列變頻器具有自動復位和外部復位

7、兩種卷徑復位方式，自動復位在停機時卷徑自動復位，外部卷徑復位在外部卷徑復位端子有效時進行復位。外部控制端子X1-7可定義為外部卷徑復位端子（F6.02F6.08設為19）。 F9.16 斷線檢測時間 收線機啟動時張力擺桿在下限位置，在F9.16時間范圍內擺桿未受線材張力到達平衡位置時設備發出斷線信號。 F9.17 KP1 PID調節器比例參數 F9.18 KI1 PID調節器積分時間參數 F9.19 KD1 PID調節器微分時間參數 F9.20 PID輸出上限限幅 PID調節器最大輸出頻率 F9.21 PID輸出下限限幅 PID調節器最小輸出頻率 F9.22 卷徑濾波時間 對卷徑進行濾波處理，

8、降低卷徑擾動 F9.23 卷徑計算起始頻率 當系統運行速度較低時材料線速度和變頻器輸出頻率均較低，較小的檢測誤差就會使卷徑的計算出現較大的誤差，需要設定一個最低線速度F9.23，當同步速度低于此值時停止卷徑計算，卷徑保持不變。此值設定應低于正常工作速度。 1.3 收線功能參數表 本參數表列出了拉絲機專用變頻器收線模式所需的基本參數并按照下文的調試接線方式推薦了設置值。表內除F9拉絲機專用功能組外，其它參數根據具體情況調整請參照VC3000使用說明書。 分類 功能代碼 功能名稱 設置內容 單位 增量 出廠值 屬性 03 給定量設定 設為2 外部模擬信號VS2 1 1 + 05 控制模式 設為1

9、拉絲機PID模式 1 0 08 最大頻率 與主機設相同最大頻率 Hz 0.01 50.00 + 09 上限頻率 與最大頻率設定一致 Hz 0.01 50.00 + 11 第一加速時間 設置為2.0 S 0.1 20.0 # F0 基 本 參 數 12 第一減速時間 設置為2.0 S 0.1 20.0 # 04 第四加速時間 設置為40.0 S 0.1 20.0 # F2 輔 助 參 數 05 第四減速時間 設置為40.0 S 0.1 20.0 # 00 FWD/REV模式 設置為0 1 0 + 02 輸入端子X1定義 設置為1 正轉 1 1 + 04 輸入端子X3定義 設置為3 外部復位 1

10、3 + 05 輸入端子X4定義 設置為13 外部故障常閉 1 4 + 15 輸出端子Y1定義 設置為4 頻率水平檢測1 1 1 + 18 FDT1電平 設置為2.00 Hz 0.01 50.00 # F6 I/O 參 數 19 FDT1滯后 設置為0.00 Hz 0.01 0.00 # 05 VS1濾波時間 設置為0.02 S 0.01 0.50 # 06 VS1最小值 設置為0 % 0.1 0.00 # 07 F7.06對應頻率 設置為0 Hz 0.01 0.00 # 08 VS1最大值 設置為100% % 0.1 100.0 # 09 F7.08對應頻率 設置為最大頻率 Hz 0.01 5

11、0.00 # 10 VS2濾波時間 設置為0.05 S 0.01 0.50 # 11 VS2最小值 設置為0 % 0.1 0.00 # 12 F7.11對應頻率 設置為0 Hz 0.01 0.00 # 13 VS2最大值 設置為100% % 0.1 100.0 # F7 模擬 輸入 端口 功能 14 F7.13對應頻率 設置為最大頻率 Hz 0.01 50.00 # 00 PID控制特性 設置為0 正作用 1 0 + 01 PID給定量選擇 設置為0 鍵盤數字給定 1 0 + 02 反饋量選擇 設置為1 外部模擬信號VS1 1 1 + 03 給定量數字設定 設置為5.00 V 0.01 5.0

12、0 # 09 比例增益 設置為0.25 % 0.01 1.00 # 10 積分時間 設置為5.00 S 0.01 0.50 # 11 微分時間 設置為0.00 S 0.01 0.00 # FA PID 參 數 12 采樣周期 設置為0.05 S 0.01 0.10 # 00 拉絲機PID模式 0: 收線模式 1 0 01 空徑系數 0.0-250.0 % 0.1 100.0 02 PID調節輸出系數 0.0-250.0 % 0.1 100.0 03 平滑起動時間 200.00-3200.00 S 0.01 5.00 04 卷徑計算周期 20.00-500.00 S 0.01 0.2 05 卷徑

13、加速計算范圍4 F9.06-10.00 V 0.01 3.50 06 卷徑加速計算范圍3 F9.07-F9.06 V 0.01 3.00 07 卷徑加速計算范圍2 F9.08-F9.07 V 0.01 2.50 08 卷徑加速計算范圍1 F9.09-F9.08 V 0.01 2.00 09 卷徑計算死區范圍4 0.102.00 V 0.01 0.50 10 卷徑計算增益4 0.0-50.0 % 0.1 1.0 11 卷徑計算增益3 0.0-50.0 % 0.1 1.0 12 卷徑計算增益2 0.0-50.0 % 0.1 1.0 13 卷徑計算增益1 0.0-50.0 % 0.1 1.0 14

14、起動計算增益 0.0-50.0 % 0.1 1.0 15 卷徑復位選擇 0: 卷徑自動復位 1: 外部卷徑復位 1 0 16 斷線檢測時間 0.1-320.0 % 0.1 15.0 17 KP1 0.10-10.00 S 0.01 0.25 18 KI1 0.10-10.00 S 0.01 5.00 19 KD1 0.10-10.00 S 0.01 0.00 20 PID輸出上限限幅 0.00-100.00 Hz 0.01 30.00 21 PID輸出下限限幅 0.00-100.00 Hz 0.01 30.00 22 卷徑濾波時間 0.01-10.00 S 0.01 0.00 F9 拉 絲 機

15、 專 用 功 能 組 23 卷徑計算起始頻率 0.00-100.00 Hz 0.01 20.00 1.4 收線模式調試 信號接線 速度給定接VS2 F°高精度電位器； 2. 按照電機銘牌，設定F3.00F3.04； 3. 設定F3.05=1，通過變頻器自動調諧獲取電機參數，具體操作過程參見VC3000說明書； 4. 設定F0.05=1，選擇拉絲機PID模式； 5. 設定F9.00=0，選擇收線模式； 6. 確定運轉方向：如果當前運轉方向不符合要求，切換U、V、W任意兩相的接線； 7. 根據實際情況，設定F7參數組，保證線速度信號準確； 8. 設定F9.22=0（不進行卷徑計算），將F

16、9.01設為空芯卷徑，在空卷下調試。一般情況下 卷徑是緩慢變化的，短時間的影響有限； 9. 調整PID參數，使張力控制穩定。可將兩組PID參數設成相同的，設定比例增益KP=0.25，積分時間KI=5.00，微分時間KD=0，采樣時間設為0.05，在參數附近仔細調整，直到擺桿穩定在極小范圍內擺動，然后調整張力設定，保證擺桿在平衡位置穩定下來； 10. 啟動卷徑計算功能（F9.22=10.00)，啟動系統，微調PID參數，使擺桿達到穩定狀態； 11. 根據需要參照“功能參數表”和“功能參數說明”設定其它功能碼； 12. 對調好的參數做記錄備份，以備同類設備參考，或誤修改功能碼時恢復原設定值。 2

17、放線模式 2.1 放線控制原理 當選擇放線功能時，設定好放線張力后由變頻器放線模塊內置的PID與張力擺桿反饋構成的張力閉環系統通過調節放線機轉速可以保證放線張力恒定。 2.2 放線專用功能參數說明 F9.00 拉絲機PID模式 1 放線模式 F9.02 PID調節輸出系數 張力PID調節器輸出比例調節 F9.03 平滑啟動時間 對于放線機而言，如啟動過快則會造成放線張力松弛，所以也要進行平滑啟動，在F9.03設定時間內使用加減速時間4（F2.04、F2.05），大于平滑啟動時間時使用加減速時間1（F0.11、F0.12） F9.04 卷徑計算周期 隨著放線線卷徑的變化，放線機的輸出頻率需不斷調

18、整。VC3100系列變頻器具有卷徑自動計算功能，動態、實時地計算放線機的當前卷徑，以達到最佳的放線效果。 F9.17 KP1 PID調節器比例參數 F9.18 KI1 PID調節器積分時間參數 F9.19 KD1 PID調節器微分時間參數 F9.20 PID輸出上限限幅 PID調節器最大輸出頻率 F9.21 PID輸出下限限幅 PID調節器最小輸出頻率 2.3 放線功能參數表 本參數表列出了拉絲機專用變頻器放線模式時所需的基本參數并按照下文的調試接線方式推薦了設置值。表內除F9拉絲機專用功能組外，其它參數根據具體情況調整請參照VC3000使用說明書。 分類 功能代碼 功能名稱 設置內容 單位

19、增量 出廠值 屬性 05 控制模式 設為1 拉絲機PID模式 1 0 08 最大頻率 與主機設相同最大頻率 Hz 0.01 50.00 + 09 上限頻率 與最大頻率設定一致 Hz 0.01 50.00 + 11 第一加速時間 設置為2.0 S 0.1 20.0 # F0 基 本 參 數 12 第一減速時間 設置為2.0 S 0.1 20.0 # 04 第四加速時間 設置為30.0 S 0.1 20.0 # F2 輔 助 參 數 05 第四減速時間 設置為30.0 S 0.1 20.0 # F6 00 FWD/REV模式 設置為0 1 0 + I/O 參 數 02 輸入端子X1定義 設置為1

20、正轉 1 1 + 05 VS1濾波時間 設置為0.02 S 0.01 0.50 # 06 VS1最小值 設置為0 % 0.1 0.00 # 07 F7.06對應頻率 設置為0 Hz 0.01 0.00 # 08 VS1最大值 設置為100% % 0.1 100.0 # F7 模擬 輸入 端口 功能 09 F7.08對應頻率 設置為最大頻率 Hz 0.01 50.00 # 00 PID控制特性 設置為0 正作用 1 0 + 01 PID給定量選擇 設置為0 鍵盤數字給定 1 0 + 02 反饋量選擇 設置為1 外部模擬信號VS1 1 1 + 03 給定量數字設定 設置為5.00 V 0.01 5.00 # 09 比例增益 設置為1 % 0.01 1.00 # 10 積分時間 設置為1 S 0.01 0.50 # 11 微分時間 設置為0.00 S 0.01 0.00 # FA PID 參 數 12 采樣周期 設置為0.05 S 0.01 0.10 #