中達電通股份有限公司AMD產品處               王  浩

                                                  Wang Hao

摘  要：本文主要介紹台達變頻器在金屬線纜製造業的應用。通過變頻器獨立實現線纜卷取

        工藝的恒張力係統控製。

關鍵詞：台達變頻器 金屬絲 恒張力控製

 

在(zai)電(dian)工(gong)機(ji)械(xie)製(zhi)造(zao)行(xing)業(ye)
，金(jin)屬(shu)線(xian)纜(lan)收(shou)放(fang)卷(juan)設(she)備(bei)作(zuo)為(wei)基(ji)礎(chu)工(gong)藝(yi)裝(zhuang)備(bei)使(shi)用(yong)得(de)非(fei)常(chang)廣(guang)泛(fan)。金(jin)屬(shu)線(xian)纜(lan)收(shou)放(fang)卷(juan)是(shi)確(que)保(bao)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)和(he)成(cheng)品(pin)外(wai)觀(guan)的(de)重(zhong)要(yao)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)，線(xian)纜(lan)的(de)收(shou)放(fang)卷(juan)設(she)備(bei)要(yao)求(qiu)能(neng)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)保(bao)持(chi)線(xian)纜(lan)張(zhang)力(li)的(de)穩(wen)定(ding)。傳(chuan)統(tong)的(de)力(li)矩(ju)電(dian)機(ji)+驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)或(huo)磁(ci)粉(fen)離(li)合(he)器(qi)等(deng)恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)存(cun)在(zai)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)和(he)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)等(deng)方(fang)麵(mian)的(de)問(wen)題(ti)。隨(sui)著(zhe)變(bian)頻(pin)器(qi)功(gong)能(neng)的(de)完(wan)善(shan)以(yi)及(ji)對(dui)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)控(kong)製(zhi)逐(zhu)步(bu)成(cheng)熟(shu)
，變(bian)頻(pin)器(qi)在(zai)恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)上(shang)的(de)優(you)勢(shi)越(yue)來(lai)越(yue)明(ming)顯(xian)，日(ri)益(yi)成(cheng)為(wei)恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)工(gong)藝(yi)的(de)基(ji)本(ben)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)。本(ben)文(wen)以(yi)台(tai)達(da)變(bian)頻(pin)器(qi)在(zai)某(mou)線(xian)纜(lan)設(she)備(bei)廠(chang)的(de)焊(han)絲(si)層(ceng)繞(rao)機(ji)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)為(wei)例(li)
，詳(xiang)細(xi)介(jie)紹(shao)台(tai)達(da)變(bian)頻(pin)器(qi)在(zai)恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)。

    圖片1機(ji)器(qi)為(wei)浙(zhe)江(jiang)某(mou)線(xian)纜(lan)設(she)備(bei)廠(chang)生(sheng)產(chan)的(de)焊(han)絲(si)層(ceng)繞(rao)機(ji)，主(zhu)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)將(jiang)大(da)棍(gun)的(de)金(jin)屬(shu)線(xian)棍(gun)整(zheng)齊(qi)的(de)分(fen)裝(zhuang)排(pai)列(lie)成(cheng)為(wei)小(xiao)棍(gun)的(de)金(jin)屬(shu)線(xian)棍(gun)，排(pai)線(xian)恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)是(shi)工(gong)藝(yi)穩(wen)定(ding)的(de)基(ji)本(ben)自(zi)動(dong)化(hua)環(huan)節(jie)。

                    圖1    線棍排線分裝機組

係統結構圖如圖2所示，由三大部分組成：放卷機構，張力調節機構，以及收卷機構。目前整台設備由台達EH係列PLC來控製
，工藝參數由台達觸摸屏設置。

                   圖2 排線工藝自動化原理

（1）收卷驅動。收卷機構中使用5.5kw電機+VFD055B43通用型矢量控製高性能變頻器來完成收卷動作，變頻器的運行頻率命令由plc來給定，排線采用台達伺服完成。

（2）張力調節。張力調節機構中采用氣壓來控製張力大小
，絲線纏繞在兩個滾輪上4圈；滾輪同時帶動一個測速發電機，當最高線速度為25m/s時，測速發電機電壓輸出110vdc，再通過一個分壓電阻轉換為10vdc提供給plc作為線速度來源信號
；兩個滾輪間最大行程為750mm
，行程發生變化時能夠提供0-10vdc的電壓信號作為實際張力大小的反饋量。

（3）放卷驅動。原放卷機構采用直流電機+歐陸590調速器來實現，運轉信號和張力大小由plc來給定；放卷棍最大卷徑為760mm
，最小卷徑350mm，機械減速比1：1.8（電機側滾輪直徑為200mm，負載側滾輪直徑為360mm）。本設計使用台達卷取工藝客製化專用變頻器VFD220B43W來替換歐陸590直流調速器做放卷控製，這樣除了能夠省去直流電機的高維護成本，還能夠提高最高線速度（直流調速時為被動放卷
，最高線速度18m/s；改為變頻器做主動放卷
，最高線速度25m/s）

，從而提高工作的效率。

    當線速度達到最高25m/s時，收卷變頻器最高頻率需要工作到99Hz
；目前收卷變頻器的加速時間為30s
，減速時間為20s。放卷電機為22kw，采用220B43W變頻器來驅動

，沒有使用編碼器，通過計算，放卷變頻器的最高工作頻率設置在100hz就能夠滿足要求。

由於台達BW係列變頻器具有收放卷專用控製功能
，不需要依靠PLC就能夠完成恒張力控製

，具有自動卷徑計算以及PID自動調整功能，所以在此係統中能夠獨立完成對放卷動作的控製
，取代直流調速。

    基於台達變頻器的張力控製係統設計如圖3所示。具有收放卷專用控製功能變頻器VFD220B43W的AVI端子接受張力棍的張力輸入信號
，經過變頻器內部的預設張力平衡參數比對計算
，對張力誤差做出放卷速度的獨立張力實時控製。

                    圖3 收放卷專用控製型變頻器張力控製係統

    將電機銘牌上的參數寫入到變頻器內部（額定頻率
，額定電壓
，額定電流）
；將最高操作頻率設置為100hz
；將控製模式改為恒張力控製模式；（10-21）；將外部機械齒輪比設置到參數中；（10-23電機側軸端轉盤直徑/10-24負載側軸端轉盤直徑）；設置線速度來源以及張力反饋來源；（10-37/10-27）
；設置張力平衡點位置；（10-26）；根據外部反饋的實際張力信號
，來選擇是正反饋還是負反饋；（10-35）；根據實際情況設置最大卷徑，最小卷徑，以及當前卷徑；（10-43/10-44/10-54）

    先設定好最高線速度。由於此係統中線速度是通過測速發電機提供
，而其信號最高為110VDC，所以在實際運轉過程中需要接入一個分壓電阻將信號轉為10VDC
，kehuduanxuanyongdefenyadianzuweikexuandianzu
，suoyimeicixinshebeitiaoshidouxuyaozhongxintiaozhengdianzuweizhi。xiansudutiaozhengshifouzhengquekeyitongguoshijiyunxingguochengzhongjisuanchulaidedangqianjuanjingshifouheshijixiangfulaipanduan，ruguoliangzhexiangchahenda，biaoshidianzuweizhibuzhengque
，xuyaozhongxintiaozheng。（10-38）

    在正確線速度的前提下，分別在滿卷徑和空卷徑時選擇合適的P/I/D值，如果滿卷徑和空卷徑選擇的數據相差不大，可以共用一組PID參數；如果兩者相差很大，可以將兩組PID參數都設置進去
，然後選擇PID調整方式為根據卷徑自動調整法。（一組PID時設置參數為10-29/10-30；如果設置兩組PID參數，則大卷徑參數為10-32/10-33，小卷徑參數為10-29/10-30，此功能通過10-28=0/2來選擇）。

    具體參數設置總結參見表1。

表1 具體參數設置