艾默生變頻器在熱軋板卷曲張力系統中首次應用

摘 要：本文分析了張力開環控制模式下，通過總線適配器TDS-PA01和SM-PROFIBUS-DP總線與上位機通訊在TD3300變頻器上的應用，并分析了解決問題的方法和如何進行參數設置。

Abstract：This article analyze when tension is working under open-loop-control mode the application of communication between TD3300 and PC through bus adapter TDS-PA01 and SM-PROFIBUS-DP.

關鍵詞： 張力 TD3300變頻器 SM-PROFIBUS-DP總線控制 旋轉編碼器 參數設置

Key words: tension TD3300 Inverter SM-PRIFIBUS-DP bus control encodes parameter setting

1 引言

　　天津華璟酸洗線成套項目：根據現場工藝要求，由于酸洗后的熱軋板寬度為850mm,厚度2.75-5mm。系統對張力要求較高，在卷曲過程中需要恒定平穩的張力。本工程采用艾黙生TD3300-4T1320G張力控制專用變頻器與EV3000-4T0550G矢量控制變頻器相匹配組成張力開環系統，TD3300用作系統開卷機和收卷機的驅動電機，EV3000作為系統主牽引部分。這是艾默生變頻器首次應用于大型熱軋板卷曲，開卷張力系統中。現場操作控制方式為SM-PROFIBUS-DP總線方式，采用此總線控制方案，操作簡單、便與維護、系統工作穩定性高、提高工作效率。

2 方案確定

　　（1）現場為兩條相同的酸洗線，每條酸洗線變頻器及相對應的電機配置如下：見圖1、2.

　　· 2輥張力輥變頻器： EV3000-4T0550G 1臺;

　　· 變頻電機 Y2VPEJS280S-61 1臺;

　　· 5輥矯直變頻器： EV3000-4T0550G 1臺;

　　· 變頻電機 YTSP280M-6 1臺;

　　· 收卷變頻器： TD3300-4T1320G 1臺;

　　· 變頻電機： YTSP315M2-6M 1臺;

　　· 開卷變頻器： TD3300-4T1320G 2臺;

　　· 變頻電機： YTSP225M-6 2臺;

　　· 卷曲機和開卷機為變頻電機并加裝旋轉編碼器。

　　· 輔助傳動是由一臺S7-400PLC并配置1臺ET200遠程I/O子站實現;

　　· 酸洗線控制系統配置：采用SM-PROFIBUS-DP總線與總線適配器TDS=PA01通訊控制變頻器，操作方便簡單。見圖3

　　（2）張力系統選擇

　　· 采用速度差建立張力系統（速度建張）普通變頻器可以滿足，張力值不準確，在實際工藝中驅動板材運行的張力輥和卷曲軸都是主動輥，對速度匹配要求極高，當速度出現偏差就會使板材出現褶皺或偏中，板材卷曲會出現松緊不一致，精度控制不穩。

　　· 采用張力計檢測系統張力，系統控制精度高，工藝全過程要求張力閉環控制，成本造價高，工藝繁瑣，不被采用。

　　· 零速建張力系統，在開始卷曲的同時建立起張力系統，有足夠大的張力使板材之間繃緊，卷起板材全過程恒張力運行，通過SM-PROFIBUS-DP總線方式控制把張力輥AO1的線速度輸出作為卷取機TD3300變頻器的線速度輸入。張力恒定速度匹配精準受到客戶的高度認同，實現無人看守操作，控制線路維護簡單方便。

3 電氣方案解析

　　根據工藝要求，對變頻器進行如圖3的設計

　　本系統采用的是siemens公司的S7系列PLC與艾默生TD3300,EV3000變頻器通訊，筆者提供相應的GSD文件配置在上位機的應用程序中，并帶有指令解析的對照表，與PROFIBUS總線接口模塊之間進行通訊連接，通過上位機“控制字”的發送和對變頻器“狀態字”的讀取來進行控制。將FF.20連接到PZD區，對運行張力進行時時監控，使設備穩定運行。

　　主速度通過總線適配器TDS-PA01與SM-PROFIBUS-DP總線網絡連接對張力輥變頻器EV3000進行給定。通過網絡信號傳輸,采樣張力輥輸出的線速度作為卷曲機變頻器TD3300-4T1320G的線速度輸入。卷曲系統工作在張力開環控制模式下，為了更好的零速建張,使板材不出現松弛,把（X3）做為點動與閉環矢量切換。有卷徑計算，每次工作完成后需要把卷徑復位，故將（X2）端子設定為卷徑復位。

　　在張力開環控制下旋轉編碼器選擇正確十分重要，編碼器輸出與變頻器接口相匹配，否則直接影響變頻器準確工作。現場電機與變頻器之間距離有130米，對編碼器的硬件指標要求很高，選擇長線驅動型，差動型輸出，8-24V HTL型編碼器，將碼盤+V接到變頻器PGP 端子上0V與COM相連，編碼器與變頻器的A+與A+，A-與A-，B+與B+,B-與B-，相對應連接，把CN4跳到DI側。

　　張力開環系統中，電機運行有兩種狀態，即電動狀態或發電狀態。在卷曲張力開環系統中（張力輥與卷曲機之間構成卷曲張力系統），張力輥在運行的時候永遠處于發電狀態。所以，把控制張力輥的變頻器配置相應的制動單元及自動電阻，將發電狀態下的多余能量消耗掉。同樣，在開卷張力開環系統中（開卷機與五輥矯直之間構成開卷張力系統），把控制開卷機的變頻器也配置相應的自動單元及自動電阻。

4 調試過程:

　　1. 初步檢查變頻器，電機，旋轉編碼器的接線及參數設定。

　　· 電機銘牌參數：

　　準確記錄電機參數，并把數值分別設定到F1.00-F.05中。

　　· 旋轉編碼器：

　　型號：EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）

　　注：原旋轉編碼器型號：E6B2-CWZ6C（歐姆龍）為客戶選定

　　1024線輸出，工作電壓24VDC 長線驅動型，差動輸出，8-24V HTL型編碼器

　　注：重點檢查旋轉編碼器與變頻器的接線方式是否為差動式接線方式。

　　Fb.00=1024

　　Fb.01=0

　　Fb.02=0

　　Fb.03=5s

　　2.變頻器對電機的自動調諧

　　正確輸入電機銘牌參數，并認真核對。

　　檢查電機與負載完全脫離，使電機處于完全空載狀態，對電機進行自動調諧，以獲得被控電機的準確電氣參數，自動存入F1.11-F1.16參數組中。

　　注：電機運行時不能進行自動調諧。

　　3.在鍵盤控制模式下測試電機的驅動能力是否正常，編碼器工作是否正常。

　　在開環矢量狀態下，用鍵盤控制變頻器對電機進行空載旋轉，觀察變頻器運行狀態一切正常，到電機旁，對電機進行仔細觀察，看電機的安裝平穩狀況，電機軸的動平衡，電機是否有異常的聲音。一切正常后，分別加不同頻率進行空轉。

　　在閉環矢量狀態下 （F0.02=1,F3.06=3）運行，變頻器起車報E001或E010故障，轉到開環矢量狀態后就恢復正常，經過幾次測試結果相同。初步確定故障原因不在變頻器，測量編碼器開環矢量輸出脈沖電壓A，B與M之間8-13V波動，靜態輸出脈沖電壓幅值為3.5V，檢查屏蔽線接線完好，是單端接地。可能傳輸信號受干擾，現場沒有歐姆龍編碼器E6B2-CWZ6C的說明書，為了拿出充足依據讓客戶更換編碼器，與歐姆龍客服反復溝通，得知E6B2-CWZ6C型的編碼器傳輸距離只有10米，根本滿足不了實際需求，旋轉編碼器為TTL輸出。開路集電極輸出編碼器抗干擾能力差，不適合遠距離工作。建議更換HTL型差動輸出旋轉編碼器傳輸距離為100米。更換編碼器后，變頻器在閉環矢量模式下運行繼續報E010故障。測量旋轉編碼器靜態脈沖幅值電壓A與A-，B與B-之間電壓為22.5V,A、A-、B、B-與M之間電壓為10.5V與旋轉編碼器正常工作狀態相同，客戶開始懷疑變頻器有問題，經過反復調試結果不理想。詢問客戶，旋轉變頻器到變頻器柜之間準確距離，可能是不足100米，為了逐步排除故障原因，自己親自拿皮尺重新測量變頻器柜與編碼器之間的實際距離為130米，測試另外一組卷曲系統故障相同。最后，客戶同意再次更換，把旋轉編碼器改型號為EC40A6-L6AR-1024 瑞士（宜科）。更換后測量旋轉編碼器靜態幅值電壓為20V，運行狀態幅值電壓為A與A-，B與B-之間電壓為0V，A、A-、B、B-與M之間電壓為10.9V符合TD3300變頻器接口的要求，在張力開環模式下運行一切正常。

　　4.慣量補償的應用。

　　在張力開環模式運行時，發現電機運行的不太平滑，頻率有些波動，不管怎樣調節參數的設置都無法消除。

　　啟動調諧（F2.21= 1），變頻器會自動辨識系統慣量。在現場進行辨識時，機器在加速過程中出現過流，將加減速時間延長，消除過流現象。機器兩次加速到40HZ后，獲取的系統慣量補償系數和摩擦補償系數，分別存入FC.12和FC.10。補償之后運行發現電機經常運行到50HZ，速度也很快，滿足不了工藝要求，時常報過流故障。改變加減速時間也不起作用，檢查參數設置正確，考慮到不會有其它因素影響電機運行，試著減少摩擦補償發現系統運行趨于平穩，同時對系統的慣量補償也進行調節。經過多次調整，電機運行平穩，頻率穩定，達到預期效果。

　　幾次試車發現TD3300變頻器啟動時力矩突加較大，容易造成飛車，修改F3.12參數，使TD3300變頻器啟動時轉矩模式限制輸出轉矩的變化率，減緩啟動時力矩的突變，直到系統穩定運行。完全滿足客戶的要求，客戶也非常滿意。

　　5.TD3300參數設置:

　　F0.02=1 閉環矢量

　　F0.03=6 通訊設置

　　F0.05=6 通訊控制

　　F0.10=30s 加速時間

　　F0.11=20s 減速時間

　　F2.21 系統慣量調諧見說明書

　　F3.06=3 開環張力控制模式

　　F3.12=20s 轉矩變化時間

　　F5.02=12 卷徑復位1指令

　　F5.03=24 張力切換端子

　　F6.06= 按實際設置

　　F6.07= 按實際設置

　　F8.00=0 收卷模式

　　F8.02=10000N 張力數字設定（按工藝要求調節大小，不需設定由PLC通訊給定）

　　F8.03=30000N 最大張力

　　F8.07=50 張力錐度系數

　　F8.08=1 卷徑來源計算

　　F8.09=2000 最大卷徑

　　F8.10=620 空心卷徑

　　F8.16=620 當前卷徑

　　F8.17=1 張力方向設定

　　F9.00=6 波特率選擇

　　F9.02= 本機地址（按實際設置）

　　FC.00=5 線速度輸入選擇

　　FC.03=90m/min 最大線速度

　　FC.09=8.1 靜摩擦力矩補償

　　FC.10=8.1 滑動摩擦補償系數

　　FC.12=3.28 系統慣量補償系數

　　6.卷徑計算:

　　F8.08=1，卷徑來源選擇線速度計算，

　　FC.03=90m/min，工藝要求

　　此系統是SM-PROFIBUS-DP總線網絡控制，卷徑精確計算是在上位機實現的，在滿足開環張力模式控制最大卷徑設定即可。

結束語：

　　TD3300張力專用變頻器首次成功應用于大型工礦企業熱軋板的卷曲張力系統中，在無任何成熟案例和技術支持的情況下，通過不斷的摸索，克服重重苦難，查閱大量相關資料，仔細推敲每一個技術細節，不放過任何一個有疑義的問題，經過長達28天的現場調試，最終達到所有設備穩定運行。為艾默生變頻器應用開辟新的領域，為以后成熟穩定發展奠定基礎。

作者簡介：

　　王俊芳 男 工程師，現在鞍山新和電氣有限公司技術部從事變頻器及低壓電氣設計、調試和現場服務工作。

　　任惠峰 男 工程師，現在鞍山新和電氣有限公司總工程師。