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艾默生CTTD3300变频器在表面处理生产线中的应用

   日期:2013-07-10     来源:互联网    

一、初始方案介绍

表面处理生产线是对布匹、广告纸等材料表面涂一层特殊的化学材料的过程,整条生产线都使用的是艾默生的TD3000系列变频器,在生产线的最后环节-收卷,使用的是艾默生TD3300变频器。生产线的后半段环节工艺图(牵引三和收卷一、二)如图1所示:

 

 

1、 牵引三的变频器为TD3000 5.5KW,控制4KW电机,减速比为35,牵引辊为300mm;

2、 收卷一、二为TD3300 11KW变频器,控制11KW电机,电机额定转矩为70N.m,Ie=24.8A,两台收卷电机轮流工作;

3、 收卷条件:

4、 卷径变化范围:216~1500mm

张力变化:200牛~1800牛

减速比:43

按照以上要求,计算出收卷时需要最小转矩为:

Tmin=Dmin×Fmin/(i×1000)=216×200÷43÷1000=1,

变频器输出转矩为:1/70=1.45%,

最大时变频器输出转矩为:Tmax=Dmax×Fmax/i/Tn=89.7%;

按照计算出来的转矩变化,范围大,而且在最小转矩时,所需转矩太小,而TD3300变频器,作开环张力控制时,实际上是转矩控制,转矩控制的精度比矢量变频器的速度控制要低得多,我们的变频器要求转矩最小输出达到10%以上,而且要求Tmax/Tmin最好小于7,从这一方面考虑,使用开环张力控制很难实现这种工况下的控制。综合分析现场的工况,因无法实现转矩控制,由于还装有一个张力传感器,可以考虑作速度模式下的张力闭环控制。

二、 方案修改

修改后的方案如下图2所示:

 

 

速度模式下的张力闭环控制,为矢量变频器普通速度模式下作PID闭环控制,频率指令由PID输出调节量和同步匹配指令叠加构成,在此方案中,避免了因转矩变化范围过大而无法控制的局面,同时,由于频率指令由同步匹配指令和PID调节输出叠加,可以减少PID的调节量。

同步匹配频率指令的计算方程式:

f=(V×p×i)/(D×π)

V-材料线速度

P-电机极对数

i-机械传动比

D-卷筒的卷径

变频器的运行频率:

f1=f+△f

△f为PID调节输出量

卷径计算:厚度积分法

根据材料的厚度按照卷筒旋转的圈数进行卷径累加(收卷)或递减(放卷),因每层只有一圈,设定每层圈数为1,计圈的方法通过编码器(PG)获得,材料变化时,通过总线通讯由触摸屏直接修改材料厚度参数。

线速度信号:

通过前级牵引艾默生TD3000变频器的AO1模拟端子输出信号给艾默生TD3300变频器的AI2模拟输入端子,调整AO1的增益和零偏,保证模拟量和线速度的对应关系。

三、调试过程

按照系统设计接线完毕后,开始调试过程。

1、 张力反馈装置的调整:

测试张力传感器的曲线,在调整之前,其传感器的输出范围0~2V,对应张力为0~2000N,考虑到其变化范围太小,不好控制,联系三菱公司的技术人员对传感器做了一定的调整。主要是扩大输出范围为0~10V对应0~2000N。

2、 线速度信号一致性的调整:

计算最大线速度:

Lmax=N×D×π/(i×60)=1470×0.3×3.14/(35×60)=40米/秒

艾默生TD3300变频器设置:FC.03=40 最大线速度

艾默生TD3000变频器设置:F6.08=0 运行频率输出

F6.10=-1.00% AO1零偏

F6.11=1.1 AO1增益

适当调整艾默生TD3000变频器的AO1输出零偏和增益,保证艾默生TD3000变频器运行在50HZ时,其AO1端子输出为20mA,通过艾默生TD3300变频器AI2显示为10V,在零频运行时,艾默生TD3300显示0V。由于考虑到系统需要进行点动控制(此时TD3000不运行,只运行收卷变频器),设置AO1输出偏移-1.0%,使得在牵引三不运行的情况下,能保证收卷有较小的线速度输入,在全线启动前进行点动控制,将多余的布先卷起来。

3、 电机自学习:

系统中牵引、收卷变频器都为高性能的矢量控制变频器,为保证系统的控制精度和性能,在正常使用之前,要求要进行电机参数的自辨识,在做参数自辨识时,将电机所带的减速箱脱离。

 

 

 

 

4、 其他参数的设定

根据系统的方案,设定的参数如下所示:

 

 

设置加减速时间为1S,保证收卷变频器能够快速响应,及时跟踪牵引变频器的输出。同时,设置牵引艾默生TD3000变频器的加减速时间为120S,使其变化比较缓慢,保证系统在加减速过程中的稳定性。

(2)、张力控制参数设定

 

 

变频器工作在速度模式下的张力闭环控制,张力设定通过参数数字设定,也可以通过总线通讯由触摸屏直接修改此参数值。卷径来源采用厚度积分法,材料厚度为0.18mm,在后期根据材料的变化,再通过触摸屏修改此参数。

(3)、过程PID控制参数

 

 

(4)、通讯参数

 

 

整个系统通过总线通讯控制,变频器的起停信号、收卷之前的变频器的频率给定都由触摸屏设定,PPO模式选择为3。

5、 系统调试

在调试过程中,主要出现了两个问题,困扰了很长时间:

(1)、设置参数后,在运行过程中,每隔一段时间(大约3分钟)就出现一次很大的波动,张力值从设定由稳定的4V跳到在0V~10V之间波动。首先怀疑的是PI参数没有调整好,反复地修改两组PI参数,包括采样时间TI、偏差极限,都是效果不明显,无法解决问题。接下来怀疑设备的机械问题,和信远的朱工一起检查设备的机械情况,看是否有机械上面的原因,导致运行过程中出现周期性的波动,结果也是一无所获。后直接将采样时间设定为0,再次运行时,周期性的波动完全消除,观察了半小时,系统都能稳定运行,证实此问题已经解决。设置为0代表的是实时采样,系统响应的速度更快。

(2)、在低速运行正常后,一到大卷径高速阶段,就出现了收卷跟不上牵引的情况,导致材料松下来。出现这一情况时,重点检查了张力反馈、收卷变频器的参数设定,发现转矩限定设置为8%了,将此参数改为100%后正常。转矩限定设定为10%,那么在变频器运行到大卷径高速段后,出现变频器输出转矩到达限定值,无法满足负载转矩的需求,因而出现转速跟踪不上。而设定这一参数的原因是在开始试机时,为防止将布匹拉断,而实际的输出转矩基本在5%以下,因而设定转矩限定为10%。

四、收获

通过这一次的TD3300调试,对艾默生TD3300变频器各种控制的原理和调试方法有了一个深刻的认识,对自己技术水平的提高起了很大的作用,同样也对今后的调试工作有一个很好的指导作用。

 
  
  
  
  
 
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