艾默生變頻器在單線成纜機中的應用

通信電纜的生產是通過成纜機將絕緣單芯電線絞合成型，實現高精度的小節距，從而滿足高頻數字信號的傳輸要求。其中，單線成纜機是多股電纜生產設備之一，它具有速度高，電纜節距穩定，設備簡潔等特性，其生產工藝和設備配置如圖1所示。

電纜成纜設備的工作原理和作用：
　　1、放線系統
　　由12臺被動放線單元組成放線架，放線張力由鋼帶摩擦固定放線盤轉軸產生，實現導線被動帶張力放線。　　
　　2、牽引系統
　　采用多股導線、皮帶壓輪牽引，實現系統速度給定和系統速度基準，變頻器通過RS485通信接口將速度有效值輸出到PLC，PLC在處理絞弓、收線機驅動器數據后，再通過RS485接口將數據輸出到絞弓和收線驅動器。　
　　3、活套（dancer）
　　通過調節導線經過的過線輪配重或調節氣缸氣壓，實現導線張力調節；收線機在收線過程中，經過活套（dancer）位置變化，將活套值送入PLC，調節由卷經變化引起的收線機收線速度的變化，實現恒線速、恒張力卷曲控制。　　
　　4、縱包帶機
　　縱包帶機是實現電纜絕緣帶或者電纜屏蔽層絞合的機械裝置，此裝置無動力系統。電纜在絞弓和收線電纜盤的共同作用下，產生恒定的線速度和穩定的節距，使電纜向前運動和轉動，從而帶動電纜屏蔽層或絕緣帶被動運行，而縱包帶機放出帶的張力則由鋼帶摩擦固定包帶的轉軸產生。
　　5、絞弓
　　絞弓與收線機共同實現高精度電纜節距的無級控制，它們的轉向相同，節距由絞弓與收線機的同相速度差產生，其表達式如下：
　　L ：節距（由人機界面／編程計算機設定）；
　　v ：線速度（通過牽引機控制實現，由人機界面 ／ 編程計算機設定）；
　　d ：收線機收線盤卷徑（收卷機初始空盤盤徑，由人機界面／編程計算機設定）；
　　Ｎ1：絞弓轉速；
　　Ｎ2：收線機轉速。　　
　　絞弓轉速表達式如下：
　　Ｎ1 = v╱L （1）
　　節距表達式如下：
　　L = (Ｎ1 － Ｎ2) ×π×d╱Ｎ1 （2）　
　　由公式（１）和公式（２）可以得到收線機轉速表達式（3）。　　6、收線機
　　收線機是成品絞和電纜的收纜設備，其轉速確定公式如下：
　　Ｎ2 = v（πd－L）╱πdL （3）
　　7、排線機
　　排線機是在電纜收線過程中排列電纜的機械設備，其運行速度與收線機有效收線速度成線性比例關系，排線速度等于Ｋ×Ｎ2，K值可以根據實際運行情況進行調整。
　　8、可編程控制器PLC
　　完成系統邏輯控制，實現收線機、絞弓和排線機驅動給定信號的處理。系統設定值在“人機界面／編程計算機”中設定后，通過RS485接口送至PLC，PLC根據收線、絞弓驅動運行速度，由上述公式得到絞弓、收線機實際運行速度，通過檢測活套位置，微調收線機速度，同時計算出實際收線盤外徑。
　　9、人機界面／編程計算機
　　用于PLC編程，是系統監視控制上位機，可以完成系統數據統計、故障報警和運行參數設定等功能。如果系統沒有配備監控計算機，上述的設定值可通過撥碼開關直接在PLC中設定。收線機與絞弓的轉向相同，彼此獨立，沒有任何機械聯系。原系統的收線機設置在絞弓設備上，因此絞弓體積龐大，轉速不可能太快，速度僅為200rpm／min，收線速度60m／min。改造后的機械設計方式，使絞弓結構小巧、緊湊，轉速可以達到1000rpm／min，收線速度達到180m／min，大大地提高了生產效率。
　　收線機與絞弓是產生內節距的關鍵設備，其速度的穩定性和精度直接影響電纜節距和頻寬特性，因此這兩臺設備的驅動器選用非常重要。經過對眾多品牌變頻器的技術、性能和綜合價格比較后，決定選用艾默生EV2000變頻器作為收線機和絞弓的驅動。為了滿足設備的速度精度要求，驅動器速度反饋采用編碼器反饋，能同時改善系統力矩響應。收線機和絞弓屬于大慣量設備，為了滿足降速和恒速運行過程中的快速調速響應性能，電機會產生能量回饋，為了避免變頻器直流母線電壓過高，在驅動器上加裝了制動單元和制動電阻。牽引機和排線機采用艾默生EV1000變頻器，由于牽引機是整套系統速度的基準點，因此采用了測速反饋系統，提高系統速度精度。
　　艾默生變頻器的穩定性和可靠性在設備額定運行中起到了非常重要的作用，設備改造的成功，表明變頻器的運行完全勝任系統的復雜要求。