關(guān)鍵詞 同步轉(zhuǎn)速控制； 轉(zhuǎn)矩控制；內(nèi)部閉環(huán)矢量控制；變頻器負載分擔功能。
1、引言
對于大部分使用拉絲機的國內(nèi)金屬加工企業(yè)來說，國產(chǎn)拉絲機械產(chǎn)品已經(jīng)能夠被接受替代國外高端的產(chǎn)品，拉絲機械主要配套國外變頻器，主要原因有兩個，一是國產(chǎn)變頻器技術(shù)在一段時間內(nèi)落后于國外變頻器廠家，無論從控制算法的先進性，可實現(xiàn)性，還是從硬件平臺的簡易性，穩(wěn)定性都有一定的差距。二是對于大部分國外拉絲機械設(shè)備生產(chǎn)商來說，也傾向于配套國外變頻器和PLC。針對拉絲機械配套市場，變頻器配置先進快速的PID控制算法，針對各種不同的拉絲機械，均能夠?qū)崿F(xiàn)較為簡潔方便的拉絲機控制方式。
2、拉絲機工作分析
從產(chǎn)品終端來說，拉絲機可以分為大拉機，中拉機，小拉機，微拉機。而從拉絲機內(nèi)部控制方式和結(jié)構(gòu)來說，可以分為水箱式，滑輪式，直進式等主要的幾種。對于不同要求，不同精度規(guī)則的產(chǎn)品，不同的金屬物料，可選擇不同規(guī)格的拉絲機械。對電線電纜生產(chǎn)企業(yè)，雙變頻控制的細拉機應用比較廣泛，相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產(chǎn)企業(yè)，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩(wěn)定度高，因此使用直進式拉絲機較多，不同的拉絲機械，其工作過程基本相同（如下圖）：
　　

　
　 使用變頻器的典型直進式系統(tǒng)控制如2，操作面板負責設(shè)定主動變頻器的速度和收卷變頻器的張力。主動變頻器將運行和速度信號給到下面的從動變頻器，從動變頻器將速度信號乘以設(shè)定的速度比例系數(shù)再乘以電機動態(tài)扭矩分擔系數(shù)，作為速度輸出。變頻器內(nèi)部閉環(huán)的PID速度控制，不需要外部反饋。實現(xiàn)真正的拉絲同步控制。收卷控制同上面雙變頻器控制，以恒定張力的控制模式完成收卷。下面詳細介紹變頻器開環(huán)拉絲同步控制原理
首先，談一下活套拉絲機采用開環(huán)調(diào)速的條件。活套拉絲機是一種常見的拉絲機械，拉拔效率高，工藝性好，磨損小等優(yōu)點得以廣泛應用。其傳動要求是起停平穩(wěn)，能無級調(diào)速，低速時有足夠的力矩，各個滾筒之間速度同步。很長時間，技術(shù)人員都專注考慮活套閉環(huán)控制系統(tǒng)，活套的位置檢測難于取出，而且控制位置多，故障點自然多，可靠性自然降低。所以生產(chǎn)中有開環(huán)控制的需求。以上的傳動特點TMT變頻器完全滿足。0轉(zhuǎn)速可以提供100%轉(zhuǎn)矩的輸出能力大大的保證了低速時的力矩要求。隨負載突變，轉(zhuǎn)矩的快速響應，保證了精確的轉(zhuǎn)速輸出（負載突變情況下，速度變化小于1%）。電子齒輪功能的主從控制模式，主機傳送給從機的數(shù)字速度指令是通過RS485協(xié)議通信的，避免了模擬量的誤差，從動變頻器只需設(shè)定與主機的速度比例，運轉(zhuǎn)指令和速度指令完全來自于主機保證了傳動的同步。下面分析，起停，運行中，同步控制各個滾筒的速度比。
根據(jù)各個拉絲孔，金屬秒流量恒定的原則，我們可以斷定
Vo/t=L/t*S (1)
Ve = L/t (2)
所以Ve1*S1= Ven*Sn (3)
Ven=Ve1*S1/Sn (4)
Ve=2πR*N (5)
Vo金屬體積；Ve線速度：L金屬長度；S拉絲孔面積；N滾筒單位時間轉(zhuǎn)數(shù)
R滾筒半徑；t時間；n 拉絲孔位數(shù)；
由（4）（5）式可得出
Nn=N1*S1/Sn (6)
從上式可以看出，電機轉(zhuǎn)數(shù)只與拉絲孔孔面積有關(guān)，而且啟動停止過程此公式依然正確，如果金屬的材質(zhì)，拉拔得摩擦系數(shù)等等，能夠相對穩(wěn)定，就可以保證速度同步，就不會出現(xiàn)斷絲和累積松套現(xiàn)象。
再看一下每一個拉絲滾筒的轉(zhuǎn)矩情況
Tc=P R (7)
Tc 電機轉(zhuǎn)矩 ； P 拉拔力 ； R 滾筒半徑
P=43.56d2　　σp Kg
σp 拉拔抗拉強度，一般原料均勻性基本不變，可視為常數(shù)
Kg 鋼絲截面壓縮率系數(shù)，一般為0.0054—0.025
d 拉拔后鋼絲直徑，一般與模孔磨損有關(guān)，磨損量在0.02mm/8小時，一般可以看成常數(shù)

可以看到電機轉(zhuǎn)矩基本不變，所以對于TMT Optidrive Plus 3GV 來說速度精度是可以滿足拉絲工藝要求的。
Optidrive Plus 3GV 變頻器特有的負載分擔功能，能更完美的的實現(xiàn)拉絲機的工藝要求。
在矢量控制速度模式下，參數(shù)P6-09提供了一個因負載轉(zhuǎn)矩變化的一個速度變化設(shè)定。依據(jù)電機負載條件，隨著負載的變化將給出速度的變化值，公式如下：
（1）

拉絲輥的轉(zhuǎn)矩=金屬變形需要的轉(zhuǎn)矩+上位張力機構(gòu)的拉力 （2）

因此，拉絲機的本位變頻器的速度是一個復合給定，除了上位變頻器給定的速度信號以外，速度還受本位變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩影響。假設(shè)拉絲孔處金屬變形所需要的轉(zhuǎn)矩不變，電機轉(zhuǎn)矩輸出的變化來自于上位拉絲電機的速度變化。如果上位速度減小則張力機構(gòu)張力增大，反之減小。因此可以斷定上位給絲的速度影響到本為電機的轉(zhuǎn)矩。本位變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩增大則速度會自動減低，輸出轉(zhuǎn)矩減小則速度增大。這種負載分擔的特有功能，保證了負載突變時的速度同步變化的跟隨速度，因此避免了斷絲松套發(fā)生。
綜合上面速度和轉(zhuǎn)矩的控制特點，實現(xiàn)開環(huán)拉絲控制是完全可能的。　
4、 拉絲機使用變頻器優(yōu)勢介紹
 使用轉(zhuǎn)速和電流閉環(huán)的無傳感器矢量控制方式，快速的速度和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，減免了測速機構(gòu)，實現(xiàn)較高的控制精度和控制性能。
 高性能的低頻轉(zhuǎn)矩特性，150%的起動轉(zhuǎn)矩， 0Hz100%的轉(zhuǎn)矩輸出。
 先進的內(nèi)置PID閉環(huán)控制算法，確保PID控制器性能達到最優(yōu)，最大限度方便客戶的PID控制器參數(shù)設(shè)置。
 高速的控制CPU內(nèi)核，保證了控制性能的快速性，高達100%的直流制動力矩，對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負載，保證了其快速的響應特性，確保拉絲機停機不斷線。
 完善的故障保護功能，最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進行保護。
5、 結(jié)束語
Optidrive Plus 3GV變頻器的高性能和完善的功能，使其在各個行業(yè)得到了廣泛的應用，對于部分V/F變頻器滿足不了的要求高場合，其優(yōu)勢更為明顯。變頻器在拉絲機械上使用中，免除了客戶端繁雜的外部設(shè)備，內(nèi)置PID的內(nèi)部閉環(huán)速度控制調(diào)節(jié)方便簡單，滿足工藝要求，節(jié)電效果明顯。
相關(guān)參數(shù)設(shè)定
主從同步速度控制參數(shù)設(shè)定
通過變頻器內(nèi)部的RJ11接口和光纖接口都可以實現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)通信連接，實現(xiàn)主從模式控制。
如果使用光學纖維通信，兩個變頻器之間光纜最長1米，最多一個主機兩個從機，從機光纜必須與主機相聯(lián)。
對于通過RS485數(shù)據(jù)聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò)，可以通過分線器順次相聯(lián),一個主機可以掛最多62臺從機. 485 電纜長度以能夠避免噪聲干擾為基本原則
下面詳細介紹參數(shù)設(shè)定，實現(xiàn)數(shù)字齒輪箱的功能
• 參數(shù)：
P2-27 變頻器通信地址
本參數(shù)定義變頻器的網(wǎng)絡(luò)地址，每一個變頻器在網(wǎng)絡(luò)中有唯一的地址數(shù)，具有相同的網(wǎng)絡(luò)地址變頻器在同一網(wǎng)絡(luò)中運行會造成不可靠的運行狀態(tài)。
地址范圍 1 到 63.
任何網(wǎng)絡(luò)中，必須有地址1的變頻器。地址1的變頻器在網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的中的變頻器的同步運行具有特殊的功能。包括在PDAs或 Optiport+ options.通信中
網(wǎng)絡(luò)中的主變頻器網(wǎng)絡(luò)地址必須設(shè)定為1，其他從變頻器設(shè)定為大于1的地址。
P2-28 主/從模式選擇
本參數(shù)的設(shè)定要求變頻器地址1必須設(shè)定在網(wǎng)絡(luò)中，然后才可以選擇不同模式
一般的網(wǎng)絡(luò)中只有一個主變頻器，其他的都是從變頻器。
注意: 主變頻器地址必須是 1
P2-29從變頻器速度比率系數(shù)設(shè)定
本參數(shù)定義了從變頻器的比例系數(shù)，本系數(shù)乘以主機的速度就是本機的速度設(shè)定。
次參數(shù)只有在從機模式且P2-35 > 0時可以設(shè)定
本參數(shù)可以用于“數(shù)字齒輪箱功能”的應用。例如, 一般的操作中，主機發(fā)送運行命令與主速度參考信息。如果用戶意圖主從變頻器之間速度按比例運行，此時本參數(shù)可以設(shè)為比例系數(shù)。
例如：如果主機速度為50Hz，用戶設(shè)定本參數(shù)為 50.0%, 那么從機運行速度將是25Hz, 而且從機將按固定比例隨主機速度變化。
注意：為了達到滿意地速度同步變化，從變頻器的加速時間(P1-03) 和減速時間(P1-04) 應該與主變頻器一致。
P2-35 數(shù)字速度設(shè)定系數(shù)控制
此參數(shù)適用于主從模式控制的從機在面板控制模式時的參考速度比率控制。
當 P2-35 = 1, 變頻器的速度設(shè)定將以P2-29中的預置速度為基準。
當 P2-35 = 2, 雙極性模擬量輸入與速度設(shè)定相加修正速度設(shè)定。
最大模擬量輸入代表 P1-01的值.
速度設(shè)定= ( 數(shù)字速度設(shè)定× P2-29 ) + 雙極性模擬量輸入
當 P2-35 = 3, 模擬量輸入將 從0%到200% 分度速度設(shè)定
速度設(shè)定 = ( 數(shù)字速度設(shè)定 × P2-29 ) × 雙級模擬量輸入
• 特別注意:
主變頻器可以為任何運行模式 (P1-12=0, 1, 2, 3 或 4). 然而從變頻器之可以設(shè)定為面板控制模式 (P1-12=1 or 2). 如果參數(shù) P1-12在從變頻器中設(shè)定為 1, 那么任何主變頻器發(fā)送的負值速度被當作零處理。
使用速度減低方式實現(xiàn)消除累計轉(zhuǎn)矩誤差
速度減低控制功能應用于兩個或多個變頻器驅(qū)動同一個由機械相聯(lián)接的負載時的速度控制功能。此類應用的關(guān)鍵在于兩個不同電機負擔同一個負載的速度同步控制。Plus 變頻器提供了單獨的降速參數(shù)，實現(xiàn)當兩個同步運行的兩個電機中后一個電機中的轉(zhuǎn)矩增大時自動降速的控制。下面詳細介紹本減速功能的應用。
• 參數(shù)：
本參數(shù)劃歸特殊參數(shù)組6，意圖進入特殊參數(shù)組6 需要將702輸入?yún)?shù)P1-14中.
P6- 09 降速控制
注意：只有矢量速度控制模式(P4-01=0)本參數(shù)才可用。
參數(shù)置零，降速功能禁止.
假如 P6-09 > 0, 那么本參數(shù)將定義一個電機額定轉(zhuǎn)矩下的滑差速度。降低速度備表示位參數(shù)P1-09的百分率.依據(jù)電機的負載條件， 電機速度將按如下等式減低電機速度:

這里, 降低速度= P6-09 * P1-09
• 當電機負載增加，實際電機速度將自動按輸出轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩能力的比例減低速度輸出。反過來，負載減輕，速度會提高。這樣可以保持同步運行的電機消除累計的負載物差。
• 舉例
P1-09 =50 Hz, P6-09 = 10.0%.
當變頻器運行在 40Hz并且轉(zhuǎn)矩輸出時額定轉(zhuǎn)矩的 80%時
電機速度 = 40Hz – ( (10% * 50Hz) * 80%) = 36Hz.
這種速度控制同樣適合反轉(zhuǎn)運行 (如 -40Hz設(shè)定速度 導致 -36Hz 的實際輸出)
收卷張力控制
Optidrive Plus 3GV系列及其可以運行在轉(zhuǎn)矩控制模式 (P4-01=1) ，設(shè)定輸入將直接控制電機的轉(zhuǎn)矩輸出而不是控制電機的速度。
下面闡述如何配置變頻器參數(shù)。
V/F 模式下不可能實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制.。而且必須在對電機進行自動參數(shù)檢定以后 。
• 轉(zhuǎn)矩控制關(guān)鍵參數(shù):
P4-06 轉(zhuǎn)矩設(shè)定選擇
此參數(shù)用于轉(zhuǎn)矩設(shè)定的選擇
0: 固定預置 轉(zhuǎn)矩設(shè)定預置在參數(shù) P4-07中. 如果選用此設(shè)定, 電機的轉(zhuǎn)矩輸出設(shè)定值將以而定轉(zhuǎn)矩的百分率固定的設(shè)定在參數(shù)P4-07中. 電機的而定轉(zhuǎn)矩在電機參數(shù)偵測中自動決定。
1: 雙極模擬量輸入 假如需要變化的轉(zhuǎn)矩設(shè)定, 模擬量輸入可以用于轉(zhuǎn)矩設(shè)定。這種模式下, 設(shè)定值可以實時的按模擬量輸入的比率改變。參數(shù) P2-30定義模擬量輸入類型. 模擬量輸入格式必須是單極的。–10V…+10V”的選擇是不知恥轉(zhuǎn)矩模式的 。
2: 2nd 模擬量輸入 第二模擬量輸入將作為電機轉(zhuǎn)矩輸出的設(shè)定. 參數(shù) P2-33定義模擬量輸入格式
3: Modbus 轉(zhuǎn)矩設(shè)定 這種選擇只適合3GV-M 變頻器。 選擇這種模式后，電機的轉(zhuǎn)矩限制是由Modbus master給定的。給定值的范圍是 0% 到 200%. 更多信息參閱AN-ODP-38.
P4-08 最小轉(zhuǎn)矩設(shè)定
本參數(shù)限定最小轉(zhuǎn)矩設(shè)定值。此參數(shù)用于避免電機啟動時過低的轉(zhuǎn)矩造成電機鎖定。參數(shù)默認值時零。用戶一般需要調(diào)整次參數(shù)，以便獲得低速（低轉(zhuǎn)矩）區(qū)域更好的控制效果 。
如果模擬量用于改變轉(zhuǎn)矩設(shè)定，轉(zhuǎn)矩輸出將按照模擬量輸入線性比例分度，從P4-08 到 P4-07（最大轉(zhuǎn)矩輸出）.
所有的轉(zhuǎn)矩控制，最大速度不會超過P1-01的設(shè)定值.
• 可變速度限制轉(zhuǎn)矩控制模式：
轉(zhuǎn)矩控制模式選擇參數(shù)P4-01 = 1 (矢量轉(zhuǎn)矩控制). 轉(zhuǎn)矩設(shè)定選擇由參數(shù) P4-06設(shè)定. 設(shè)定 P4-06 = 2 和 P2-01 = 4 使用 2nd 模擬量輸入作為轉(zhuǎn)矩控制設(shè)定
這種配置, 雙極性模擬量輸入將設(shè)定為速度限制數(shù)字輸入 2 將控制電機轉(zhuǎn)向
還可以選擇, 設(shè)定P2-01=19 并且數(shù)字輸入 2打開始 2nd 模擬量輸入用作可變的轉(zhuǎn)矩設(shè)定，雙極性模擬量輸入作為速度限制輸入。
轉(zhuǎn)矩控制模式 (P4-01=1)下，如果數(shù)字兩輸入2閉合，那么變頻器的速度限制將是, P1-01 (最大速度限制)起作用
轉(zhuǎn)矩控制模式下 (P4-01=1),用戶需要避免使用同一個模擬量輸入作為速度限制和轉(zhuǎn)矩給定。這種條件下最大速度限制將由P1-01 限定。
增加P1-03 有助于在某些應用中在啟動時減小速度突變。
例子 1 : 可調(diào)轉(zhuǎn)矩設(shè)定，固定速度限制,
P1-12 = 0 (端子模式)
P2-01 = 0 (數(shù)字量輸入功能選擇)
P4-01 = 1 (轉(zhuǎn)矩模式)
P4-06 = 1 (雙極性模擬量輸入用作轉(zhuǎn)矩設(shè)定)
變頻器是端子控制模式，雙極性模擬量輸入為轉(zhuǎn)矩設(shè)定，如果數(shù)字量輸入 2 打開, 速度限制 P1-01 (最大速度限制)起作用. 如果數(shù)字量輸入 2閉合, 速度限制為預制速度1的值起作用.
不同的 P2-01設(shè)定將給出不同的選擇，包括外部報警輸入，通過預置速度的設(shè)定選擇不同最大速度限制等 。
轉(zhuǎn)矩控制模式, 最大速度輸出被速度設(shè)定值限制的。 面板控制模式下，速度設(shè)定由數(shù)字鍵控制端子模式下，取決于P2-01的設(shè)定功能.
例子 2 :變轉(zhuǎn)矩設(shè)定, 變速度限制
P1-12 = 0 (端子模式)
P2-01 = 19 (模擬量1 / 模擬量輸入 2 選擇)
P4-01 = 1 (轉(zhuǎn)矩模式)
P4-06 = 1 (雙極性模擬量輸入作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定)
這種狀態(tài)下，最大速度限制是隨模擬量輸入動態(tài)變化的。第二數(shù)字量輸入必須閉合，所以第二模擬量輸入作為速度限制輸入。此時雙極性模擬量輸入作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定輸入，第二模擬量輸入作為可變的上限速度輸入。
注意 如果速度限制和轉(zhuǎn)矩設(shè)定用同一個模擬量輸入，即數(shù)字量輸入二打開。那么速度限制由(P1-01)的值決定.
根據(jù) P2-01的設(shè)定，同樣可以實現(xiàn)最大速度由預置速度決定。
在轉(zhuǎn)矩模式下運行，顯示估計的運行速度而不是設(shè)定速度。
聯(lián)系人：陳誠
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