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    TD3300變頻器在漿紗機卷繞張力控制中的閉環(huán)應用

    參考價(jià)面議
    具體成交價(jià)以合同協(xié)議為準
    • 公司名稱(chēng)北京世紀長(cháng)秋科技有限公司
    • 品       牌
    • 型       號
    • 所  在  地
    • 廠(chǎng)商性質(zhì)其他
    • 更新時(shí)間2023/2/6 22:09:56
    • 訪(fǎng)問(wèn)次數470
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      北京世紀長(cháng)秋科技有限公司是從事工業(yè)自動(dòng)化軟件研發(fā)的企業(yè),提供軟件開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售、服務(wù)及工業(yè)自動(dòng)化系統集成等整套服務(wù),以創(chuàng )新為本的理念,為用戶(hù)提供量身定做的解決方案。   我們的團隊由充滿(mǎn)創(chuàng )新活力、綜合素質(zhì)高的業(yè)內精英組成,擁有經(jīng)驗豐富的高級編程人員和現場(chǎng)工程技術(shù)人員,公司現分設工控工程部、軟件工程部、產(chǎn)品研發(fā)部、銷(xiāo)售部和技術(shù)支持部,致力于將整合的服務(wù)帶給用戶(hù)。    我們的自主產(chǎn)權軟件產(chǎn)品《世紀星通用工業(yè)自動(dòng)化監控組態(tài)軟件》為國內優(yōu)秀自動(dòng)化主流品牌軟件之一,本產(chǎn)品自1999年正式進(jìn)入市場(chǎng),十年內已有四萬(wàn)多套軟件應用于相關(guān)行業(yè),其中包括電力變電配電自動(dòng)化、電廠(chǎng)監控、石油、化工、冶金、礦山、工業(yè)民用水處理、環(huán)保污水處理、儲備糧庫、鐵路隧道信號監控、交通信號監控、食品及飲料自動(dòng)化監控等。    作為自動(dòng)化軟件領(lǐng)域的廠(chǎng)商,我們自成立以來(lái)專(zhuān)心從事自動(dòng)化軟件平臺的開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售及技術(shù)服務(wù),與國內外眾多硬件廠(chǎng)商和系統集成商保持長(cháng)期、穩定的合作關(guān)系。我們?yōu)橛脩?hù)提供不同層次、不同形式軟硬件一體化的解決方案,在前進(jìn)的同時(shí)不斷審視完善,整合全線(xiàn)產(chǎn)品,打造優(yōu)質(zhì)、精準的自動(dòng)化軟件,以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的多樣化用戶(hù)需求。   我們始終堅持新理念、新科技,走進(jìn)用戶(hù),貼近用戶(hù),將用戶(hù)最重要的需求植入軟件研發(fā)服務(wù)的每個(gè)過(guò)程,為國內工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)提供、、的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品。   “創(chuàng )新科技,服務(wù)至上”是我們的企業(yè)理念,打造自動(dòng)化軟件領(lǐng)域中真正的民族品牌是我們的目標,在經(jīng)濟化不可阻擋的發(fā)展趨勢面前,我們會(huì )做得更好,成為您信息化道路上值得信賴(lài)的伙伴!
    在各種專(zhuān)業(yè)期刊雜志上,對艾默生TD3300變頻器在紡織、造紙、冶金生產(chǎn)中的張力控制應用案例介紹得比較多,但多為張力開(kāi)環(huán)控制方案,對張力閉環(huán)控制方案介紹倒不多
    TD3300變頻器在漿紗機卷繞張力控制中的閉環(huán)應用 產(chǎn)品信息

      在各種專(zhuān)業(yè)期刊雜志上,對艾默生TD3300變頻器在紡織、造紙、冶金生產(chǎn)中的張力控制應用案例介紹得比較多,但多為張力開(kāi)環(huán)控制方案,對張力閉環(huán)控制方案介紹倒不多。本文以漿紗機收卷張力控制為例,采用TD3300變頻器的張力閉環(huán)控制方案,介紹在張力閉環(huán)控制調試過(guò)程中的調試步驟及注意事項。
      
      

    1 前言

      某棉紡廠(chǎng)使用1999年鄭紡機開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的ZGA-203雙漿槽漿紗機,可對1600支頭的低支棉到9000支頭的高支棉、張力從800N到3000N的多種紗線(xiàn)進(jìn)行漿紗,該設備屬當時(shí)國產(chǎn)同類(lèi)設備中的*產(chǎn)品。
      該設備原傳動(dòng)方案采用的是單變頻+機械無(wú)級調速,即通過(guò)臺達VDF-A變頻器(18.5KW)調節主牽引電機(15KW)的轉速,主牽引電機再通過(guò)4個(gè)機械無(wú)級調速器(可人工微調機械變比)到其他各自傳動(dòng)點(diǎn),形成速度鏈,以保持各區間張力。而收卷部分則由主電機帶動(dòng)氣動(dòng)機械無(wú)級調速器,通過(guò)人工調節氣壓來(lái)調節卷取張力,并自動(dòng)穩定收卷張力。
      但該設備在使用一段時(shí)間后陸續出現不少問(wèn)題,主要是收卷部分的氣動(dòng)機械無(wú)級調速器極易磨損,引起收卷張力不穩定,要么紗線(xiàn)張力過(guò)小導致卷曲,要么紗線(xiàn)張力過(guò)大導致斷裂,同時(shí)該部分的維修費時(shí)又費力,嚴重影響了后續織布的產(chǎn)量和質(zhì)量。
       
      美國艾默生公司推出的TD3300系列張力控制專(zhuān)用變頻器,內部具有卷徑計算模塊,能夠自動(dòng)計算卷徑變化,可獨立構成張力控制系統,完成開(kāi)環(huán)、閉環(huán)恒張力控制;同時(shí)該系列變頻器具有張力錐度控制功能,可保證收卷后各層形狀均勻,極大地提高了張力控制的精度和速度,提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過(guò)我公司的推薦,該棉紡廠(chǎng)最終決定使用艾默生TD3300張力控制專(zhuān)用變頻器對漿紗機的收卷部分進(jìn)行改造。

      圖一 漿紗機簡(jiǎn)圖

      

    2 控制方案

      2.1控制要求 

      變比 : 11.73
      卷徑范圍 : 110mm---780mm
      速度調節范圍 : 3m/min----60m/min
      張力調節范圍 : 800N----3000N
      收卷線(xiàn)速度保持與主線(xiàn)速度同步且可調,在收卷恒速、調速及啟、停(收卷中途15KW主電機暫停,便于處理問(wèn)題)過(guò)程中須保持收卷紗線(xiàn)的張力恒定。
      
      2.2控制方案及電機選擇

      我們知道TD3300變頻器張力控制有張力開(kāi)環(huán)轉矩模式、張力閉環(huán)速度模式和張力閉環(huán)轉矩模式三種控制模式。張力開(kāi)環(huán)轉矩模式具有不需安裝張力傳感器,同時(shí)可以節約張力傳感器成本的優(yōu)勢,被廣泛應用于張力控制要求不高的場(chǎng)合。但要求電機的最小輸出轉矩控制在電機額定轉矩的10%以上。
      由于不同紗線(xiàn)產(chǎn)品要求控制的張力差別較大,在選擇電機時(shí)我們須按卷徑和張力給定值來(lái)計算電機的額定輸出轉矩 (轉矩指令公式T=F × D / 2 × i 
      T : 為變頻器的輸出轉矩指令;
      F: 為張力設定指令;
      D: 為卷筒的卷徑;
      I: 為機械傳動(dòng)比)
      T=(3000 ×0.78) / (2 × 11.73)=100 N
      另通過(guò)計算變頻器運行頻率在0.3 HZ----67.2 HZ,收卷電機使用變頻電機,以保證電機的安全使用。因此收卷電機選擇22KW四極變頻電機(額定轉矩140N),收卷變頻器選擇 TD3300-4T0220G。
      那么電機的最小輸出轉矩則按最小卷徑和最小張力給定值來(lái)計算:
      T=(800 ×0.11) / (2 × 11.73)=3.78 N
      如果我們選擇張力開(kāi)環(huán)轉矩模式,那么要求電機的最小輸出轉矩只有電機額定輸出轉矩的2.7%( 3.78N/140N),遠低于10%的要求,這樣我們在生產(chǎn)小張力紗線(xiàn)時(shí),要保證小卷徑的收卷張力恒定是很困難的。也就是說(shuō)在作張力控制時(shí)既要求張力恒定,又要求張力可調范圍要大,使用張力開(kāi)環(huán)轉矩模式是很難達到控制要求的。
      那么控制方案只能選擇張力閉環(huán)模式,張力閉環(huán)模式又分張力閉環(huán)速度模式和張力閉環(huán)轉矩模式。張力閉環(huán)速度模式雖對PID參數有一定的依賴(lài)性,但相對于張力閉環(huán)轉矩模式而言,調試要相對簡(jiǎn)單,且能達到控制要求。因此本控制方案采用張力閉環(huán)速度模式,在收卷輥和壓紗輥之間增加張力傳感器(24V DC電源、4---20mA電流信號輸出)、張力輥和角度輥(如圖虛線(xiàn)部分),通過(guò)張力傳感器的信號反饋實(shí)現張力閉環(huán)控制,從而達到收卷張力恒定的目的。
      據了解,鄭紡機后期的升級產(chǎn)品中收卷部分也使用的是張力閉環(huán)方案。
      
      注意 :我們要保證在大卷徑、大張力、低速或零速時(shí)電機有足夠輸出轉矩,以防止電機在低速和零速時(shí)轉矩不夠,引起的收卷輥回車(chē),TD3300應設置為閉環(huán)矢量控制模式,提高電機低頻輸出轉矩。這樣我們也需在電機上加裝旋轉編碼器(光洋、1024線(xiàn)輸出)。
      
      2.2 漿紗機的張力控制原理圖

    3 收卷變頻器的調試步驟

      3.1 初步檢查變頻器和電機參數
      電機銘牌:
      額定功率: 22kw,
      額定電壓: 380V,
      額定頻率: 50Hz,
      額定電流: 42.6A,
      額定轉速: 1470rpm.
       
      3.2 完成變頻器電機參數自辨識
      在鍵盤(pán)控制模式下輸入電機銘牌參數;
      設定F1.09=1,允許自動(dòng)調諧;
      然后設定F1.10=1,啟動(dòng)電機調諧,進(jìn)行調諧,得到電機參數(祥見(jiàn)《TD3000高性能矢量控制變頻器用戶(hù)手冊》)??;
      調諧完成后,重點(diǎn)檢查變頻器辨識出的電機的空載電流,電機空載電流正常應在電機額定電流的30%~50%范圍內。F1.16為18.6A,在正常范圍內。
      
      3.3 初步測試變頻器對電機的驅動(dòng)能力和旋轉編碼器的接線(xiàn)
      旋轉編碼器:光洋1024線(xiàn)輸出,供電電壓24VDC,推挽輸出。
      TD3300變頻器應在(FB編碼器功能項)設置編碼器的參數(FB.00=1024),在鍵盤(pán)控制模式測試變頻器對電機的驅動(dòng)能力,重點(diǎn)觀(guān)測變頻器的輸出頻率的穩定性和輸出電流的大小,注意監視TD3300變頻器此時(shí)的輸出電流,若在空載的情況下,輸出電流偏大并且報過(guò)流故障,應該是旋轉編碼器的接線(xiàn)有誤,更換接線(xiàn)或更改變頻器內PG接線(xiàn)的方向設定(功能碼FB.01)。
      
      3.4 完成TD3300的信號連接
      連接VDF-A變頻器模擬輸出口A(yíng)FM、ACM(設模擬輸出量對應變頻器的輸出頻率)到TD3300變頻器模擬輸入端AI3、GND,完成相關(guān)參數(F6.02=0,F6.05=1.0)設置,作為T(mén)D3300的速度同步控制信號。
      連接VDF-A變頻器繼電器輸出端子RA、RC到TD3300變頻器的FWD、COM端子,作為T(mén)D3300的運行控制信號。
      連接張力傳感器(外接24V電源)的輸出信號到TD3300變頻器接口板AI2,并置V/I端口的跳線(xiàn)在I側,完成相關(guān)參數( F6.01=4,F6.04=1.0)設置。
      
      3.5 設置TD3300變頻器的相關(guān)運行參數,初步帶載試運行。
      F0.02=1, 閉環(huán)矢量,如果設為開(kāi)環(huán)矢量,有回車(chē)現象;
      F0.05=1, 端子控制;
      F0.07=110,頻率;
      F0.08=110,上限頻率;
      F0.10=0.01,加速時(shí)間;
      F0.11=0.01,減速時(shí)間;
      F1.00=11.73,設備廠(chǎng)家提供的收卷電機與收卷卷軸的轉速比;
      F3.06=1,閉環(huán)張力控制模式1;
      F5.00(控制模式)=2,三線(xiàn)模式;
      F5.03(多功能端子X(jué)1)=12,卷徑復位1指令;
      F5.03(多功能端子X(jué)2)=1,預驅動(dòng),在人工換卷伸頭時(shí)切換X2到ON,保持收卷線(xiàn)速度與主速度同步,防止意外;
      F5.03(多功能端子X(jué)3)=16,三線(xiàn)運行控制,接原控制系統離合器松按鈕常閉;
      F6.02=4,4---20ma張力傳感器反饋 電流;
      F7.02=1,反饋選擇AI2;
      F7.03=7.5,比例增益P1,多次調試后的最終值;
      F7.04=6.8,積分時(shí)間Ti1,多次調試后的最終值;
      F7.05=0.65,微分時(shí)間Td1,多次調試后的最終值;
      F7.06=11.0,比例增益P2,多次調試后的最終值;
      F7.07=99.99,積分時(shí)間Ti2,多次調試后的最終值;
      F7.08=0.25,微分時(shí)間Td2,多次調試后的最終值;
      PID參數調試是一個(gè)細致認真的過(guò)程,須多次反復調試才能滿(mǎn)足要求。(注意:如未加卷徑計算功能,調試時(shí)需人工設定F8.16相對應的當前卷徑)
      兩套PID參數的最終值差異較大,主要是因為PID1用于提高低速時(shí)的快速跟蹤和響應,PID2用于保持高速時(shí)的運行平穩。
      
      F7.10=2,PID參數調整依據 ,線(xiàn)速度;
      最終把PID參數調整依據 F7.10設為2,是因為線(xiàn)速度變化的范圍(3---60m/min, 30倍)相對于卷徑變化的范圍(110---780mm, 7倍)要大得多, 且收卷張力受速度變化的影響也要大些。
      F8.01=1,AI1設定;
      F8.03=5000,根據現場(chǎng)調試情況修改,滿(mǎn)足張力設定電位器的調整要求;
      F8.06=1, 張力錐度系數;
      F8.07=10, 根據現場(chǎng)調試情況修改 ;
      F8.08=0, 初步設定卷徑不計算,保證初步測試時(shí)張力的穩定;
      F8.09=780,設備廠(chǎng)家提供,建議比廠(chǎng)家提供的數值稍大一些;
      F8.10=110,設備廠(chǎng)家提供,空芯卷軸的直徑;
      F8.12=110,卷徑復位用,與F5.01(多功能端子X(jué)1)=12,卷徑復位1指令配合使用;
      
      3.6 加卷徑計算功能,帶載運行
      F8.08=1,設定卷徑來(lái)源選擇線(xiàn)速度計算法,啟動(dòng)卷徑計算模塊;
      FC.00=3,AI3設定,來(lái)自主牽引變頻器VDF-A的AFM(運行頻率)口的輸出。
      FC.03=60m/min,設備廠(chǎng)家提供,
      FC.00*FC.03=當前線(xiàn)速度V,變頻器根據公式:D=(i*V)/(л*n) 自動(dòng)計算當前卷徑;
      FC.04=3 m/min,防止TD3300變頻器在速度較低時(shí)卷徑計算不準導致變頻器輸出力矩的波動(dòng);當TD3300變頻器運行的線(xiàn)速度低于FC.04設定值時(shí),卷徑計算功能停止,保持當前卷徑值;當TD3300變頻器運行的線(xiàn)速度大于FC.04設定值時(shí),卷徑計算功能重新使能。
      帶載測試,微調PID參數,收卷過(guò)程張力平穩,達到控制要求。
      
      

    4 總結:

      在作張力控制時(shí),如果既要求張力恒定,又要求張力可調范圍要大,采用張力閉環(huán)模式。
      本設備采用TD3300的變頻改造后,現場(chǎng)配置簡(jiǎn)潔,工作穩定,調試方便。實(shí)際的收卷效果也很理想,用戶(hù)已使用較長(cháng)時(shí)間,對改造結果相當滿(mǎn)意?! ?BR>    
      參考文獻
      1、《TD3300張力控制專(zhuān)用變頻器用戶(hù)手冊》 艾默生網(wǎng)絡(luò )能源有限公司
      2、《TD3000高性能矢量控制變頻器用戶(hù)手冊》 艾默生網(wǎng)絡(luò )能源有限公司

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