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鞍山新和電氣有限公司 技術部 王俊芳
鞍山新和電氣有限公司 技術部 任惠峰
摘 要：本文分析了張力開環控製模式下，通過總線適配器TDS-PA01和SM-PROFIBUS-DP總線與上位機通訊在TD3300變頻器上的應用，並分析了解決問題的方法和如何進行參數設置。
Abstract：This article analyze when tension is working under open-loop-control mode the application of communication between TD3300 and PC through bus adapter TDS-PA01 and SM-PROFIBUS-DP.
關鍵詞： 張力 TD3300變頻器 SM-PROFIBUS-DP總線控製 旋轉編碼器 參數設置
Key words: tension TD3300 Inverter SM-PRIFIBUS-DP bus control encodes parameter setting
1引言
天津華璟酸洗線成套項目：根據現場工藝要求，由於酸洗後的熱軋板寬度為850mm,厚度2.75-5mm。係統對張力要求較高，在卷曲過程中需要恒定平穩的張力。本工程采用艾黙生TD3300-4T1320G張力控製專用變頻器與EV3000-4T0550G矢量控製變頻器相匹配組成張力開環係統，TD3300用作係統開卷機和收卷機的驅動電機，EV3000作為係統主牽引部分。這是艾默生變頻器首次應用於大型熱軋板卷曲，開卷張力係統中。現場操作控製方式為SM-PROFIBUS-DP總線方式，采用此總線控製方案，操作簡單、便與維護、係統工作穩定性高、提高工作效率。
2方案確定
(1)現場為兩條相同的酸洗線，每條酸洗線變頻器及相對應的電機配置如下：見圖1、2
·2輥張力輥變頻器： EV3000-4T0550G 1台；
·變頻電機 Y2VPEJS280S-61 1台；
·5輥矯直變頻器： EV3000-4T0550G 1台；
·變頻電機 YTSP280M-6 1台；
·收卷變頻器： TD3300-4T1320G 1台；
·變頻電機： YTSP315M2-6M 1台；
·開卷變頻器： TD3300-4T1320G 2台；
·變頻電機： YTSP225M-6 2台；
· 卷曲機和開卷機為變頻電機並加裝旋轉編碼器。
· 輔助傳動是由一台S7-400PLC並配置1台ET200遠程I/O子站實現;
· 酸洗線控製係統配置：采用SM-PROFIBUS-DP總線與總線適配器TDS=PA01通訊控製變頻器，操作方便簡單。見圖3
(2)張力係統選擇
·采用速度差建立張力係統（速度建張）普pu通tong變bian頻pin器qi可ke以yi滿man足zu，張zhang力li值zhi不bu準zhun確que，在zai實shi際ji工gong藝yi中zhong驅qu動dong板ban材cai運yun行xing的de張zhang力li輥gun和he卷juan曲qu軸zhou都dou是shi主zhu動dong輥gun，對dui速su度du匹pi配pei要yao求qiu極ji高gao，當dang速su度du出chu現xian偏pian差cha就jiu會hui使shi板ban材cai出chu現xian褶zhe皺zhou或huo偏pian中zhong，板ban材cai卷juan曲qu會hui出chu現xian鬆song緊jin不bu一yi致zhi，精jing度du控kong製zhi不bu穩wen。
·采用張力計檢測係統張力，係統控製精度高，工藝全過程要求張力閉環控製，成本造價高，工藝繁瑣，不被采用。
·零速建張力係統，在開始卷曲的同時建立起張力係統，有足夠大的張力使板材之間繃緊，卷起板材全過程恒張力運行，通過SM-PROFIBUS-DP總線方式控製把張力輥AO1的線速度輸出作為卷取機TD3300變頻器的線速度輸入。張力恒定速度匹配精準受到客戶的高度認同，實現無人看守操作，控製線路維護簡單方便。
3電氣方案解析
根據工藝要求，對變頻器進行如圖3的設計本係統采用的是siemens公司的S7係列PLC與艾默生TD3300,EV3000變頻器通訊，筆者提供相應的GSD文件配置在上位機的應用程序中，並帶有指令解析的對照表，與PROFIBUS總線接口模塊之間進行通訊連接，通過上位機“控製字”的發送和對變頻器“狀態字”的讀取來進行控製。將FF.20連接到PZD區，對運行張力進行時時監控，使設備穩定運行。
主速度通過總線適配器TDS-PA01與SM-PROFIBUS-DP總線網絡連接對張力輥變頻器EV3000進行給定。通過網絡信號傳輸,采樣張力輥輸出的線速度作為卷曲機變頻器TD3300-4T1320G的線速度輸入。卷曲係統工作在張力開環控製模式下，為了更好的零速建張,使板材不出現鬆弛,把（X3)做為點動與閉環矢量切換。有卷徑計算，每次工作完成後需要把卷徑複位，故將（X2）端子設定為卷徑複位。
在(zai)張(zhang)力(li)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi)下(xia)旋(xuan)轉(zhuan)編(bian)碼(ma)器(qi)選(xuan)擇(ze)正(zheng)確(que)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)，編(bian)碼(ma)器(qi)輸(shu)出(chu)與(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)接(jie)口(kou)相(xiang)匹(pi)配(pei)，否(fou)則(ze)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)變(bian)頻(pin)器(qi)準(zhun)確(que)工(gong)作(zuo)。現(xian)場(chang)電(dian)機(ji)與(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)之(zhi)間(jian)距(ju)離(li)有(you)130米，對編碼器的硬件指標要求很高，選擇長線驅動型，差動型輸出，8-24V HTL型編碼器，將碼盤+V接到變頻器PGP 端子上0V與COM相連，編碼器與變頻器的A+與A+，A-與A-，B+與B+,B-與B-，相對應連接，把CN4跳到DI側。
張力開環係統中，電機運行有兩種狀態，即電動狀態或發電狀態。在卷曲張力開環係統中（張力輥與卷曲機之間構成卷曲張力係統），張(zhang)力(li)輥(gun)在(zai)運(yun)行(xing)的(de)時(shi)候(hou)永(yong)遠(yuan)處(chu)於(yu)發(fa)電(dian)狀(zhuang)態(tai)。所(suo)以(yi)，把(ba)控(kong)製(zhi)張(zhang)力(li)輥(gun)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)配(pei)置(zhi)相(xiang)應(ying)的(de)製(zhi)動(dong)單(dan)元(yuan)及(ji)自(zi)動(dong)電(dian)阻(zu)，將(jiang)發(fa)電(dian)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)多(duo)餘(yu)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)掉(diao)。同(tong)樣(yang)，在(zai)開(kai)卷(juan)張(zhang)力(li)開(kai)環(huan)係(xi)統(tong)中(zhong)（開卷機與五輥矯直之間構成開卷張力係統），把控製開卷機的變頻器也配置相應的自動單元及自動電阻。
4調試過程:
1. 初步檢查變頻器，電機，旋轉編碼器的接線及參數設定。
·電機銘牌參數：
準確記錄電機參數，並把數值分別設定到F1.00-F.05中。
·旋轉編碼器：
型號：EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）
注：原旋轉編碼器型號：E6B2-CWZ6C（歐姆龍）為客戶選定
1024線輸出，工作電壓24VDC 長線驅動型，差動輸出，8-24V HTL型編碼器
注：重點檢查旋轉編碼器與變頻器的接線方式是否為差動式接線方式。
Fb.00=1024
Fb.01=0
Fb.02=0
Fb.03=5s
2.變頻器對電機的自動調諧
正確輸入電機銘牌參數，並認真核對。
檢查電機與負載完全脫離，使電機處於完全空載狀態，對電機進行自動調諧，以獲得被控電機的準確電氣參數，自動存入F1.11-F1.16參數組中。
注：電機運行時不能進行自動調諧。
3.在鍵盤控製模式下測試電機的驅動能力是否正常，編碼器工作是否正常。
在(zai)開(kai)環(huan)矢(shi)量(liang)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，用(yong)鍵(jian)盤(pan)控(kong)製(zhi)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)空(kong)載(zai)旋(xuan)轉(zhuan)，觀(guan)察(cha)變(bian)頻(pin)器(qi)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)一(yi)切(qie)正(zheng)常(chang)，到(dao)電(dian)機(ji)旁(pang)，對(dui)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)仔(zai)細(xi)觀(guan)察(cha)，看(kan)電(dian)機(ji)的(de)安(an)裝(zhuang)平(ping)穩(wen)狀(zhuang)況(kuang)，電(dian)機(ji)軸(zhou)的(de)動(dong)平(ping)衡(heng)，電(dian)機(ji)是(shi)否(fou)有(you)異(yi)常(chang)的(de)聲(sheng)音(yin)。一(yi)切(qie)正(zheng)常(chang)後(hou)，分(fen)別(bie)加(jia)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)進(jin)行(xing)空(kong)轉(zhuan)。
在閉環矢量狀態下 (F0.02=1,F3.06=3)運行，變頻器起車報E001或E010故障，轉到開環矢量狀態後就恢複正常，經過幾次測試結果相同。初步確定故障原因不在變頻器，測量編碼器開環矢量輸出脈衝電壓A，B與M之間8-13V波動，靜態輸出脈衝電壓幅值為3.5V，檢查屏蔽線接線完好，是單端接地。可能傳輸信號受幹擾，現場沒有歐姆龍編碼器E6B2-CWZ6C的說明書，為了拿出充足依據讓客戶更換編碼器，與歐姆龍客服反複溝通，得知E6B2-CWZ6C型的編碼器傳輸距離隻有10米，根本滿足不了實際需求，旋轉編碼器為TTL輸出。開路集電極輸出編碼器抗幹擾能力差，不適合遠距離工作。建議更換HTL型差動輸出旋轉編碼器傳輸距離為100米。更換編碼器後，變頻器在閉環矢量模式下運行繼續報E010故障。測量旋轉編碼器靜態脈衝幅值電壓A與A-，B與B-之間電壓為22.5V,A、A-、B、B-與M之間電壓為10.5V與(yu)旋(xuan)轉(zhuan)編(bian)碼(ma)器(qi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)相(xiang)同(tong)，客(ke)戶(hu)開(kai)始(shi)懷(huai)疑(yi)變(bian)頻(pin)器(qi)有(you)問(wen)題(ti)，經(jing)過(guo)反(fan)複(fu)調(tiao)試(shi)結(jie)果(guo)不(bu)理(li)想(xiang)。詢(xun)問(wen)客(ke)戶(hu)，旋(xuan)轉(zhuan)變(bian)頻(pin)器(qi)到(dao)變(bian)頻(pin)器(qi)櫃(gui)之(zhi)間(jian)準(zhun)確(que)距(ju)離(li)，可(ke)能(neng)是(shi)不(bu)足(zu)100米，為了逐步排除故障原因，自己親自拿皮尺重新測量變頻器櫃與編碼器之間的實際距離為130米，測試另外一組卷曲係統故障相同。最後，客戶同意再次更換，把旋轉編碼器改型號為EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）。更換後測量旋轉編碼器靜態幅值電壓為20V，運行狀態幅值電壓為A與A-，B與B-之間電壓為0V，A、A-、B、B-與M之間電壓為10.9V符合TD3300變頻器接口的要求，在張力開環模式下運行一切正常。
4.慣量補償的應用。
在張力開環模式運行時，發現電機運行的不太平滑，頻率有些波動，不管怎樣調節參數的設置都無法消除。
啟動調諧（F2.21= 1），變頻器會自動辨識係統慣量。在現場進行辨識時，機器在加速過程中出現過流，將加減速時間延長，消除過流現象。機器兩次加速到40HZ後，獲取的係統慣量補償係數和摩擦補償係數，分別存入FC.12和FC.10。補償之後運行發現電機經常運行到50HZ，速(su)度(du)也(ye)很(hen)快(kuai)，滿(man)足(zu)不(bu)了(le)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)，時(shi)常(chang)報(bao)過(guo)流(liu)故(gu)障(zhang)。改(gai)變(bian)加(jia)減(jian)速(su)時(shi)間(jian)也(ye)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong)，檢(jian)查(zha)參(can)數(shu)設(she)置(zhi)正(zheng)確(que)，考(kao)慮(lv)到(dao)不(bu)會(hui)有(you)其(qi)它(ta)因(yin)素(su)影(ying)響(xiang)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)，試(shi)著(zhe)減(jian)少(shao)摩(mo)擦(ca)補(bu)償(chang)發(fa)現(xian)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)趨(qu)於(yu)平(ping)穩(wen)，同(tong)時(shi)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)慣(guan)量(liang)補(bu)償(chang)也(ye)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)。經(jing)過(guo)多(duo)次(ci)調(tiao)整(zheng)，電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)平(ping)穩(wen)，頻(pin)率(lv)穩(wen)定(ding)，達(da)到(dao)預(yu)期(qi)效(xiao)果(guo)。
幾次試車發現TD3300變頻器啟動時力矩突加較大，容易造成飛車，修改F3.12參數，使TD3300變頻器啟動時轉矩模式限製輸出轉矩的變化率，減緩啟動時力矩的突變，直到係統穩定運行。完全滿足客戶的要求，客戶也非常滿意。
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