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(yùn)動(dòng)控制選件，在管式絞線機(jī)上的應(yīng)用；并簡(jiǎn)述了開發(fā)過程。
關(guān)鍵詞：丹佛斯變頻器 MCO305 管式絞線機(jī)
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(jī)絞線機(jī)是一種能廣泛應(yīng)用于各類軟/硬導(dǎo)體線(鋼絞線、鋁絞線及銅絞線等)及電子線（如:電源線、耳機(jī)線等）的絞合機(jī)械設(shè)備，使多根單支導(dǎo)體扭成一股，達(dá)到線材的工藝要求。其控制關(guān)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(jī)的主要機(jī)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(dòng)將這些線纜扭絞在一起，絞籠由絞線電機(jī)帶動(dòng)。絞籠由無縫鋼管成型，重量可達(dá)數(shù)噸，工作轉(zhuǎn)速可達(dá)500 RPM至750 RPM。
2.牽引輪：在絞籠轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，牽引電機(jī)帶動(dòng)牽引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并且牽引電機(jī)需要根據(jù)節(jié)距（pitch）的設(shè)定按照一定的同步系數(shù)與絞線電機(jī)保持同步。
3.計(jì)米裝置：扭絞后的線纜穿過計(jì)米裝置，帶動(dòng)計(jì)米輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)出發(fā)計(jì)米輪上的接近開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)米。
二、主要電氣部件配置
Danfoss FC301 75kW*1
Danfoss FC302 37kW + MCO305*1
Siemens S7-224XP 擴(kuò)展8DI、8DO*1
Siemens Smartline1000*1
PLC的PORT1口與兩臺(tái)變頻器在一個(gè)總線上，采用FC協(xié)議進(jìn)行通信；PORT0則連接西門子的人機(jī)屏。其中牽引電機(jī)變頻器FC302上，安裝MCO305選件卡，同時(shí)將兩個(gè)電機(jī)的編碼器都接到MCO305上。由絞籠電機(jī)作為主軸，牽引電機(jī)作為從軸與主軸同步運(yùn)動(dòng)。
三、開發(fā)過程：
1.變頻器需要的參數(shù)確定：
為了實(shí)現(xiàn)高精度的同步控制，兩個(gè)變頻器都必須在1-**參數(shù)中正確設(shè)置電機(jī)的各個(gè)參數(shù)，并進(jìn)行完整的AMA（電機(jī)自適應(yīng)）；設(shè)定FC301變頻器的電機(jī)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(shí)現(xiàn)：
要實(shí)現(xiàn)牽引變頻器的同步運(yùn)動(dòng)，除了完成以上的參數(shù)設(shè)置外，還需要兩個(gè)條件：同步命令信號(hào)和電子齒輪比。
對(duì)于同步命令信號(hào)，指定變頻器或同步卡上的任意DI口作為同步命令信號(hào)口，在Aposs軟件中為MCO305編寫程序，程序中還包括了手動(dòng)動(dòng)作、報(bào)警處理等內(nèi)容。當(dāng)變頻器得到該同步命令信號(hào)后，便會(huì)開始進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。
對(duì)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(jì)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(zhǎng)、牽引減速比和絞線減速比取決于機(jī)械結(jié)構(gòu)，由以上公式④推導(dǎo)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(jì)算的過程中須保證單位統(tǒng)一，計(jì)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(dāng)檢測(cè)到機(jī)器發(fā)生故障或急停按鈕被按下時(shí)，需要機(jī)器以最快速度完成停車，這種情況下同時(shí)進(jìn)行電氣制動(dòng)（制動(dòng)電阻）和機(jī)械制動(dòng)（氣動(dòng)抱閘）；當(dāng)產(chǎn)量即將達(dá)到是，停車過程為——先通過電氣制動(dòng)將絞籠轉(zhuǎn)速降低至某一設(shè)定值，然后再投入機(jī)械抱閘。在實(shí)際開發(fā)中，為了實(shí)現(xiàn)最佳的制動(dòng)效果，需要合理分配電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)所承擔(dān)的制動(dòng)工作量，防止制動(dòng)電阻嚴(yán)重發(fā)熱使得控制柜內(nèi)溫度過高，也要防止機(jī)械制動(dòng)機(jī)構(gòu)耗損過快。
無論采用何種停機(jī)方式，在制動(dòng)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(jī)亂動(dòng)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(zhǎng)，而此時(shí)主軸并沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)楸狙b置變頻器功率較大，且都安裝在同一個(gè)電氣柜內(nèi)，產(chǎn)生了電磁干擾問題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取相應(yīng)措施，問題得以解決。
四、程序結(jié)構(gòu)
開機(jī)后，首先進(jìn)行通信和狀態(tài)的初始化。初始化完成后同時(shí)調(diào)用工作序列、報(bào)警和通信子程序。工作序列中，包含手動(dòng)和自動(dòng)兩種狀態(tài)，自動(dòng)運(yùn)行又包括機(jī)組準(zhǔn)備（包括：松開機(jī)械抱閘、關(guān)閉防護(hù)門等動(dòng)作）和機(jī)器運(yùn)行兩個(gè)狀態(tài)。報(bào)警程序用于對(duì)機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)故障情況執(zhí)行相關(guān)動(dòng)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(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中，完善的參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)和監(jiān)控功能保證了設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)高效。系統(tǒng)調(diào)試也十分簡(jiǎn)單易行，得到客戶的一致好評(píng)。
參考文獻(xiàn)
[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(cè). A5E00307992-04. Siemens
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