Danfoss inverter applications in tubular stranding machines
摘要：本文介紹了丹佛斯FC300系列變頻器，配合MCO305運動控制選件，在管式絞線機上的應用；并簡述了開發(fā)過程。
關鍵詞：丹佛斯變頻器 MCO305 管式絞線機
Abstract: This article introduced Danfoss FC300 series inverter applications in tubular stranding machines with MCO305 motion control option, and its development process.
Keywords: Danfoss Inverter MCO305 Tubular stranding machine
引言：管式絞線機絞線機是一種能廣泛應用于各類軟/硬導體線(鋼絞線、鋁絞線及銅絞線等)及電子線（如:電源線、耳機線等）的絞合機械設備，使多根單支導體扭成一股，達到線材的工藝要求。其控制關鍵在于需要絞籠轉(zhuǎn)速和牽引輪轉(zhuǎn)速保持高度同步。
一、工藝介紹：
6+1型管式絞線機的主要機械結(jié)構(gòu)如下圖所示：
其中：
1.絞籠：內(nèi)部裝有放線搖籃，將要扭絞的線盤安裝在搖籃上，絞籠轉(zhuǎn)動將這些線纜扭絞在一起，絞籠由絞線電機帶動。絞籠由無縫鋼管成型，重量可達數(shù)噸，工作轉(zhuǎn)速可達500 RPM至750 RPM。
2.牽引輪：在絞籠轉(zhuǎn)動的同時，牽引電機帶動牽引輪轉(zhuǎn)動，并且牽引電機需要根據(jù)節(jié)距（pitch）的設定按照一定的同步系數(shù)與絞線電機保持同步。
3.計米裝置：扭絞后的線纜穿過計米裝置，帶動計米輪轉(zhuǎn)動的同時出發(fā)計米輪上的接近開關，以實現(xiàn)計米。
二、主要電氣部件配置
Danfoss FC301 75kW*1
Danfoss FC302 37kW + MCO305*1
Siemens S7-224XP 擴展8DI、8DO*1
Siemens Smartline1000*1
PLC的PORT1口與兩臺變頻器在一個總線上，采用FC協(xié)議進行通信；PORT0則連接西門子的人機屏。其中牽引電機變頻器FC302上，安裝MCO305選件卡，同時將兩個電機的編碼器都接到MCO305上。由絞籠電機作為主軸，牽引電機作為從軸與主軸同步運動。
三、開發(fā)過程：
1.變頻器需要的參數(shù)確定：
為了實現(xiàn)高精度的同步控制，兩個變頻器都必須在1-**參數(shù)中正確設置電機的各個參數(shù)，并進行完整的AMA（電機自適應）；設定FC301變頻器的電機控制方式為速度閉環(huán)控制，并選擇反饋來源為選件卡上的編碼器；除此之外，需要優(yōu)化的參數(shù)還包括：轉(zhuǎn)矩和電流、最高轉(zhuǎn)速的限制，PID控制器的參數(shù)，通信參數(shù)，發(fā)生故障后的處理方式等。
2.同步的實現(xiàn)：
要實現(xiàn)牽引變頻器的同步運動，除了完成以上的參數(shù)設置外，還需要兩個條件：同步命令信號和電子齒輪比。
對于同步命令信號，指定變頻器或同步卡上的任意DI口作為同步命令信號口，在Aposs軟件中為MCO305編寫程序，程序中還包括了手動動作、報警處理等內(nèi)容。當變頻器得到該同步命令信號后，便會開始進入同步運行狀態(tài)。
對于電子齒輪比，它由變頻器的中33-10（Sync Factor Master，電子齒輪比分母）和33-11（Sync Factor Slave，電子齒輪比分子）共同組成。計算公式為：
其中，絞籠轉(zhuǎn)速、節(jié)距由操作者給出，牽引輪周長、牽引減速比和絞線減速比取決于機械結(jié)構(gòu)，由以上公式④推導出牽引輪轉(zhuǎn)速并帶入公式③，即可求出電子齒輪比分子，在計算的過程中須保證單位統(tǒng)一，計算出的電子齒輪比分子轉(zhuǎn)化為整數(shù)并通過FC協(xié)議寫入FC302的33-11參數(shù)。
3. 減速過程：
當檢測到機器發(fā)生故障或急停按鈕被按下時，需要機器以最快速度完成停車，這種情況下同時進行電氣制動（制動電阻）和機械制動（氣動抱閘）；當產(chǎn)量即將達到是，停車過程為——先通過電氣制動將絞籠轉(zhuǎn)速降低至某一設定值，然后再投入機械抱閘。在實際開發(fā)中，為了實現(xiàn)最佳的制動效果，需要合理分配電氣制動和機械制動所承擔的制動工作量，防止制動電阻嚴重發(fā)熱使得控制柜內(nèi)溫度過高，也要防止機械制動機構(gòu)耗損過快。
無論采用何種停機方式，在制動過程牽引輪均要和絞籠保持同步，以防止絞線節(jié)距改變或發(fā)生斷線。
4. 電磁干擾問題：
開發(fā)過程中，發(fā)生絞線變頻器使能后牽引電機亂動的現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)使能后，來自主軸編碼器的反饋脈沖數(shù)持續(xù)增長，而此時主軸并沒有轉(zhuǎn)動。因為本裝置變頻器功率較大，且都安裝在同一個電氣柜內(nèi)，產(chǎn)生了電磁干擾問題。根據(jù)現(xiàn)場情況采取相應措施，問題得以解決。
四、程序結(jié)構(gòu)
開機后，首先進行通信和狀態(tài)的初始化。初始化完成后同時調(diào)用工作序列、報警和通信子程序。工作序列中，包含手動和自動兩種狀態(tài)，自動運行又包括機組準備（包括：松開機械抱閘、關閉防護門等動作）和機器運行兩個狀態(tài)。報警程序用于對機器狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并根據(jù)故障情況執(zhí)行相關動作。通信程序用于PLC和變頻器的FC協(xié)議通信。
五、結(jié)語
現(xiàn)場實際運行過程中，完善的參數(shù)設置選項和監(jiān)控功能保證了設備運行平穩(wěn)高效。系統(tǒng)調(diào)試也十分簡單易行，得到客戶的一致好評。
參考文獻
[1] MCO305 操作說明. MG.34.K1.41. Danfoss
[2] S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊. A5E00307992-04. Siemens
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