重载变频器在拉丝机动力放线架上的应用

本文主要介绍三科SKI600系列拉丝机专用重载变频器在动力放线架上的使用情况，简要描述SKI600变频器的特点、“动力放线架”对变频的具体要求、及其他相关注意事项。

电缆制造工业中，很多加工机械的工艺过程都是从放线开始，到收线结束，最广泛使用的是放线支架，其中动力放线支架技术含量较高。为了确保加工质量，线材在收放过程中必须保持张力不变。

传统控制方式是常采用PLC的A/D、D/A模块，通过读取张力摆杆电位器的电位来获得所需求的放线快慢程度，不同轴径的收线轮对应着不同的PLC的PID内部调节参数，如PID设定不合适，容易让放线轮处于不稳定状态，造成放线张力不均匀的现象，从而影响产品的品质。

目前，动力放线架，采用变频器进行张力恒定控制已是行业发展的趋势，通常需要变频器具有 PID调节功能，且 PID可以双向调节。在目前工业应用中，只有少数几个品牌的变频器可以满足这种要求，而不需要任何辅助附件的，而杭州三科变频器正是其中的佼佼者。

一、动力放线架的控制方式及工艺要求

放线轮的放线速度取决于收线轮的收线速度，因为收线轮总有一个开始和减速的停顿过程，因此放线轮的放线速度是不固定的，同时，线速度也会随着收线轮轴径的变化而变化，在转速一定的情况下，线速度也会发生变化。收线张力的大小直接影响产品的质量，由于张力过大，收线过紧，对于小径线容易变形或拉伤内芯，收线轮在收线时会在卷芯上产生轴向滑动，造成收线不整齐。为此，需要根据拉力摆杆的平衡位置，对拉力摆杆的速度进行动态调整和修正。

一般来说，对放线架的要求如下:

1、收放线时，线材张力保持不变；

2、当收线轮加速或减速时，需要快速的“放线轮”自动跟踪收线速度，并保持线速度一致；

3、可根据收线盘直径的变化，自动调节放线轮的速度；

4、在某一速度范围内稳定运行时，放线架的张力摆杆要稳定，不会发生反复摆动；

5、需具备断线检测功能，当出现松线、断线时，要求断线轮可自动反转；

6、当系统以一定速度稳定运行时，放线架的张力摆杆应稳定；张力摆杆无反复摆动；

收放线架原理图

二、三科SKI600变频器的特点

（1）易于安装，设备调试简单：只有正确调整张力检测电位器的位置，启动后才能自动跟踪拉速，无需其他外部信号控制，直接形成独立整体，节约设备成本；

（2）无论大盘、小盘，无论粗线、细线，无论高速、低速，张力始终恒定，只由张力动滑轮的配重确定；

（3）可在张力摆杆的下限位、中点零位或“上限位”等任意位置开机运行；

（4）自动识别收放卷速度，自动跟踪收放卷线速度，张力摆杆基本保持在动力收放卷架中点。

位置。具有PID的双向输出功能，可以轻松实现电机正反转控制；

（5）多组PID参数切换功能，轻松应对复杂多变的控制工艺；

（6）采用模块化设计，功能扩展非常灵活；

（7）主控系统采用32bit高速DSP，集成无PG矢量控制，V/f控制，转矩控制；

（8）高启动转矩：无PG矢量控制模式下，在0.5Hz时，可提供150%的启动转矩；

（9）优良的鲁棒性能，可以确保负载能快速起停；

（10）快速动态响应：无PG矢量控制模式下，动态响应时间小于20ms;

（11）快速限流功能：可以快速将电流限制在保护点以内，大大减少过流报警故障概率；

（12）高功率因数输出、无功损耗低；

（13）具有故障自动复位、掉电复位功能，保证生产连续及生产效率；

（14）牢固的EMC设计，内置C3滤波器，有效抑制谐波，降低变频器运行时对外围控制回路和传感器的干扰；

（15）完善的保护功能：过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、过流保护、过载保护等。

三、系统控制方案

（1）主回路接线十分简单，将三相电源接至变频器输入R、S、T端，将变频器输出U、V、W接至电机的三相端子即可。在接线时需注意端子标识，杜绝误接或反接。

（2）动力放线架控制系统给变频器启停开关量信号，当X1端与COM端闭合，则启动变频器，断开则停止变频器。

（3）如下（动力放线架接线图）所示，放线的张力同步控制，是通过系统中张力摆杆的位置变化，使张力电位器输出电压信号反馈给变频器的PID控制系统，即变频器模拟输入AI1接摆杆位置反馈信号（0～10V），将期望摆杆稳定运行的位置点设定为PID给定值。系统运行过程中始终将反馈信号与给定值做比较，PID控制器根据其差值自动运算，实时改变变频器的输出频率动态调节放线电机的转速，确保摆杆位置的稳定，从实现了恒张力控制的目的。

图 2 动力放线架接线图

四、调试

三科SKI600重载型变频器为拉丝机专用变频器，与SKI600通用型相比，程序部分已经针对动力放线架/双变频拉丝机的应用特性做了适配，并添加了部分专用功能，用户在使用时，无需做过多的复杂设置，仅需要根据实际使用现场做简单的参配置即可。具体的参数设置如表1所示：

1、调试过程：

① 将功能参数设置好，如控制方式、频率给定方式，加减速时间等。

② 将摆杆调至“下限位”和“上限位”时，反馈信号最小电压值作为F5.11参数设定值，反馈信号最大电压值作为F5.13参数设定值；

③ 将摆杆调至中点位置（该位置可调的），调出FU.10（PID反馈）监视参数作为F9.01参数设定值；

④ 上电运行，如果摆杆调至中点位置动态响应慢，则增加比例增益，减小积分时间，建议调节方法为：先增大F9.04比例增益，保证系统不振荡；然后减小F9.06积分时间。如果启动速度过快，造成摆杆不稳定或者断线，则需要减少比例增益，增大积分时间。

2、PID参数调试指导

① PID参数设定的一般步骤

确定比例增益P（F9.04）

决定比例增益 P吋，首先将 PID的积分(F9.05=0)和微分(F9.06=0)设置成纯比例。比例增益 P由0逐渐增大，直到出现振荡；再反过来，从此时开始，比例增益 P逐渐减小，直到系统振荡消失，并记录此英寸的比例增益 P，将 PID的比例增益 P设置为当前值的60%~70%。此时比例增加值 P (F9.04)已调试完毕。

确定积分时间Ti（F9.05）

确定比例增益 P后，设置一个初始值为 Ti的较大的积分，然后逐渐减小 Ti，直到系统出现振荡，之后又依次增大 Ti，直到系统振荡消失。将 Ti在此时记录，设置 PID的积分时间常数 Ti为当前值的150%〜180%。对整时常数 Ti的调试完成。

确定微分时间Td（F9.06）

微分时间Td—般不用设定，为0即可。若要设定，与确定P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。

② PID微调方法

设定PID控制的参数后，可以用以下的方法进行微调。

抑制超调：发生超调吋，请缩短微分吋间（Td),延长积分时间（Ti)。详情见图 3 说明：

图 3 PID 抑制超调图

尽快使其达到稳定状态：即使发生超调，但要尽快稳定控制时，请缩短积分时间（Ti)，延长微分时间（Td)。详情见图 4 说明：

图 4 稳定控制状态

抑制周期较长的振动：如果周期性振动的周期比积分时间（Ti）的设定值还要长时，说明积分动作太强，延长积分时间（Ti）则可抑制振动详情见图 5 说明：

图 5 抑制周期较长的振动图

抑制周期较短的振动：振动周期较短，振动周期与微分时间（Td)的设定值几乎相同，说明微分动作太强。如缩短微分时间（Td)，则可抑制振动。当将微分时间（Td)设定为0.00(即无微分控制），也无法抑制振动时，请减小比例增益。详情见图 6 说明：

图 6 抑制周期较短的振动图

五、使用效果

对动力放线架低速放线、加速放线、高速放线、减速放线等过程的测试，均能很好的满足客户的要求，得到客户的一直好评。使用三科SKI600拉丝机专用变频器驱动的动力放线架：调速范围宽、稳态精度高、加减速快、操作灵活方便、在快速速度跟踪和松线反向收线两个方面均表现非常出色，大大提高了动力放线架的放线效率，在节省企业成本的同时增加了产品的产量，提高了产品的品质。应用现场图片如图 7 所示：

六、结束语

三科SKI600拉丝机专用重载变频器在电缆行业的应用完美解决了电线电缆行业电动放线架和收线轮的控制问题。优化的PID参数控制功能，调速范围宽，稳态精度高，动态响应快，保护功能齐全，安装调试简单，深受行业客户喜爱。该系统省去了昂贵的A/D、D/A模拟转换模块和PLC软件编程，这样既可以节省顾客购机成本，而且对顾客竞争力有明显的提升。