森蘭SB80B在拉幅定型機位置同步上的應用

1 引言
織物在練漂和印染過程中，由于經受很多次機械的經向拉力作用，使織物經向伸長，緯向收縮，產生如幅寬不勻、布邊不齊、緯紗歪斜等現象。為了克服上述缺點，織物必須經過拉幅整理。拉幅整理是根據棉纖維在潮濕狀態下具有一定可塑性的特性，在干燥過程中，調整經緯紗在織物中的狀態，將織物門幅拉至規定尺寸，達到形態穩定的效果。
針鋏鏈式拉幅定型機是實現拉幅功能的機械，它由進布架、軋車、整緯裝置、烘筒，熱風烘及落布架組成。工作時，定型機夾住布邊逐漸拉寬，并緩緩的干燥，從而獲得暫時的定型。主傳動部分由主從兩根鏈條組成，要求它們位置高度同步，穩定運行時的緯斜在5mm之內，動態加減速過程可在40mm之內，但穩定運行時應立即消除，且不能有累計誤差。以前的方案使用機械同步，結構復雜，部件多，成本高，安裝難度大，維護成本高,運行起來噪音也很大，現在較流行的是使用高檔PLC+變頻器的控制方式，主從鏈分別由兩臺交流異步電機來驅動，在機械上不加任何連接，由PLC測量位置偏差并計算輸出頻率來分別控制兩臺變頻器以達到位置同步。該方案的主要缺點是PLC需配置高速計數模塊，編寫控制位置同步的程序難度高，使得系統成本高、開發周期長，并且通訊控制有延時使得系統的響應速度一般。本文介紹一種使用SB80B變頻器實現主從兩根鏈條的位置同步而不需外加任何位置同步控制設備的方案。
2 森蘭SB80B變頻器簡介
SB80B變頻器是森蘭變頻器制造有限公司自主開發的新一代低噪聲、高性能、多功能的工程型矢量控制變頻器。它應用極其廣泛，這主要得利于它的模塊化設計及多種選配件，模塊有兩個層次：通用功能模塊，如PID控制、多段頻率、自動節能運行等；行業專用功能模塊，如位置控制，紡織應用、恒壓供水應用等。它還具有豐富的可編程模塊，功能非常完整，編程靈活方便，包括：兩個多功能比較器、兩個邏輯單元、兩個定時器、一個計數器（高速計數方式可對高達300kHz的脈沖信號進行計數）、四個算術單元和一個低通濾波器。用戶可以根據所需對SB80B的資源進行編程，既可以利用它的可編程功能模塊來配合專用功能模塊的使用，也可以和通用功能模塊配合來實現更多行業的更廣泛的功能。
SB80B的高速計數方式可對從脈沖編碼器接口進來的脈沖信號進行計數，其中從A通道進入的脈沖為增信號，B通道進入的脈沖為減信號，計數器的計數值和計數偏差可以通過功能碼查詢。
SB80B還內置功能完備的過程PID，除了完成常規的閉環控制外，還可把PID的輸出加在變頻器的輸出頻率上實現對頻率的實時修正，這在很多閉環控制場合必不可少。PID的輸入和反饋通道有很多種選擇，反饋信號還可以設置為模擬量的多種運算結果。
3 系統設計
考慮到不能有位置累計誤差的要求，故即使非常精確的速度控制也無法滿足要求。我們必須把位置作為一個反饋信號來控制變頻器，才能達到消除累計誤差的目的。因此，需在主從電機的傳動裝置上都裝脈沖編碼器，利用SB80B的高速計數器來對編碼器的脈沖進行計數，以達到記錄當前位置偏差的目的。使用兩臺變頻器分別驅動主從兩臺電機，主變頻器無特殊要求，只需開環運行，從變頻器采用SB80B，它的PID修正頻率功能可以根據得到的位置偏差不停的修正輸出頻率，以達到位置同步。
需要注意的是，主從傳動裝置的脈沖編碼器的每轉脈沖數必須相等，否則主從鏈每個脈沖代表的位置量不同，將無法實現同步控制。
下圖為利用SB80B實現位置同步的實現原理圖：

圖1 拉幅定型機主從鏈位置同步實現原理圖
在拉幅定型機傳動系統的其他部分需要和主傳動速度成一定比例變化，這可以外加一個普通PLC計算后由通訊給定。下圖是我們的系統實現框圖：

圖2 拉幅定型機電氣傳動系統
人機界面是輸入系統控制參數的設備，PLC根據人機界面設置的參數通過串行口把控制命令發送給各變頻器，如主鏈給定速度，控制命令等；兩臺變頻器分別驅動主從鏈上的兩臺電機，主變頻器使用開環VF控制，主電機的傳動裝置接PG，PG信號的A相接在從變頻器的編碼器接口的A-端子上；從變頻器也使用開環VF控制，并選擇PID作速度修正，從電機的傳動裝置的PG信號的A相接在從變頻器的編碼器接口的B-端子上。激活高速計數器功能，這樣，如果主鏈速度比從鏈速度快，計數器值增加，反之減少。計數偏差代表兩根鏈條的位置累計誤差，若偏差大于0，表示主鏈的位置超前，反之表示主鏈的位置滯后。計數偏差經過算術單元處理后作為PID的反饋量輸入（PID給定量設為0，意為調整的目標是沒有位置偏差），經過PID調節后加在從變頻器的輸出頻率上。系統其他部分的電機的運行頻率由PLC根據主變頻器的輸出頻率計算得到。
4 運行調試
主變頻器的參數設置較簡單，在此只列出從變頻器需要修改的參數設置，如下表所示：

調試步驟如下：
（1）首先確保接線無誤，主從電機的轉動方向一致；
（2）為了獲得更好的控制性能，分別對主從電機進行一次電機參數自整定，具體步驟請參見SB80B的用戶手冊；
（3）給出運行命令，觀察PU-19（計數器偏差，表示位置偏差），調節F6-06（PID的比例增益1）和F6-07（PID的積分時間1）至一個合適的值，使得PU-19的值最穩定，且保持在0左右。參數調節不適當，易產生位置超調或響應太慢，很難達到理想的控制效果，實際的位置可能會不停的在超前和滯后之間振蕩，也可能始終有一個靜差無法消除。設傳動裝置每旋轉一圈鏈條走動1米，主從傳動裝置上的脈沖編碼器均為1000脈沖/轉，CL-27設為10000時，則PU-19偏差為0.01％代表實際的位置偏差為主鏈超前（0.01％×10000÷1000脈沖/轉÷1圈/米）＝1毫米。實際系統經我們多次調整PI參數后，穩定運行時的誤差在3mm以內，加減速和急停時的誤差在8mm以內，且能實時修正，精度超過了先前的方案和用戶的期望，用戶非常滿意。
5 總結
本方案僅用變頻器就實現了高精度的位置同步控制，與該系統以前使用的高檔PLC+變頻器的方案相比，有以下優點：
（1）開發難度很低，只需設置變頻器功能碼，無需為PLC增加高速計數模塊并編寫復雜的PLC控制程序；
（2）修正是直接在從變頻器中完成的，故控制延時小、響應速度快，修正精度高、效果好；
（3）成本低。實現同步只需要使用SB80B變頻器，若要實現整個系統，只需購買一個具備通訊功能的普通性能的PLC即可，無需配置高速計數模塊；
可見，在拉幅定型機上使用SB80B變頻器，精度高成本低，系統組成簡單，工作穩定可靠。
參考文獻
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