鞍山新和電氣有限公司 技術部  王俊芳

鞍山新和電氣有限公司 技術部  任惠峰

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

 

    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。

(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。

    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。

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。