本文主要介紹杭州三科SKI600系列拉絲機(jī)專用重載變頻器在動(dòng)力放線架上的使用情況，簡(jiǎn)要描述SKI600變頻器的特點(diǎn)、“動(dòng)力放線架”對(duì)變頻的具體要求、及其他相關(guān)注意事項(xiàng)。
電纜制造工業(yè)中，很多加工機(jī)械的工藝過程都是從放線開始，到收線結(jié)束，最廣泛使用的是放線支架，其中動(dòng)力放線支架技術(shù)含量較高。為了確保加工質(zhì)量，線材在收放過程中必須保持張力不變。
傳統(tǒng)控制方式是常采用PLC的A/D、D/A模塊，通過讀取張力擺桿電位器的電位來獲得所需求的放線快慢程度，不同軸徑的收線輪對(duì)應(yīng)著不同的PLC的PID內(nèi)部調(diào)節(jié)參數(shù)，如PID設(shè)定不合適，容易讓放線輪處于不穩(wěn)定狀態(tài)，造成放線張力不均勻的現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品的品質(zhì)。
目前，動(dòng)力放線架，采用變頻器進(jìn)行張力恒定控制已是行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，通常需要變頻器具有 PID調(diào)節(jié)功能，且 PID可以雙向調(diào)節(jié)。在目前工業(yè)應(yīng)用中，只有少數(shù)幾個(gè)品牌的變頻器可以滿足這種要求，而不需要任何輔助附件的，而杭州三科變頻器正是其中的佼佼者。
一、動(dòng)力放線架的控制方式及工藝要求
放線輪的放線速度取決于收線輪的收線速度，因?yàn)槭站€輪總有一個(gè)開始和減速的停頓過程，因此放線輪的放線速度是不固定的，同時(shí)，線速度也會(huì)隨著收線輪軸徑的變化而變化，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，線速度也會(huì)發(fā)生變化。收線張力的大小直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，由于張力過大，收線過緊，對(duì)于小徑線容易變形或拉傷內(nèi)芯，收線輪在收線時(shí)會(huì)在卷芯上產(chǎn)生軸向滑動(dòng)，造成收線不整齊。為此，需要根據(jù)拉力擺桿的平衡位置，對(duì)拉力擺桿的速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和修正。
一般來說，對(duì)放線架的要求如下:
1、收放線時(shí)，線材張力保持不變；
2、當(dāng)收線輪加速或減速時(shí)，需要快速的“放線輪”自動(dòng)跟蹤收線速度，并保持線速度一致；
3、可根據(jù)收線盤直徑的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)放線輪的速度；
4、在某一速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，放線架的張力擺桿要穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生反復(fù)擺動(dòng)；
5、需具備斷線檢測(cè)功能，當(dāng)出現(xiàn)松線、斷線時(shí)，要求斷線輪可自動(dòng)反轉(zhuǎn)；
6、當(dāng)系統(tǒng)以一定速度穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，放線架的張力擺桿應(yīng)穩(wěn)定；張力擺桿無反復(fù)擺動(dòng)；
收放線架原理圖
二、杭州三科SKI600變頻器的特點(diǎn)
（1）易于安裝，設(shè)備調(diào)試簡(jiǎn)單：只有正確調(diào)整張力檢測(cè)電位器的位置，啟動(dòng)后才能自動(dòng)跟蹤拉速，無需其他外部信號(hào)控制，直接形成獨(dú)立整體，節(jié)約設(shè)備成本；
（2）無論大盤、小盤，無論粗線、細(xì)線，無論高速、低速，張力始終恒定，只由張力動(dòng)滑輪的配重確定；
（3）可在張力擺桿的下限位、中點(diǎn)零位或“上限位”等任意位置開機(jī)運(yùn)行；
（4）自動(dòng)識(shí)別收放卷速度，自動(dòng)跟蹤收放卷線速度，張力擺桿基本保持在動(dòng)力收放卷架中點(diǎn)。
位置。具有PID的雙向輸出功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；
（5）多組PID參數(shù)切換功能，輕松應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的控制工藝；
（6）采用模塊化設(shè)計(jì)，功能擴(kuò)展非常靈活；
（7）主控系統(tǒng)采用32bit高速DSP，集成無PG矢量控制，V/f控制，轉(zhuǎn)矩控制；
（8）高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：無PG矢量控制模式下，在0.5Hz時(shí)，可提供150%的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；
（9）優(yōu)良的魯棒性能，可以確保負(fù)載能快速起停；
（10）快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)：無PG矢量控制模式下，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于20ms;
（11）快速限流功能：可以快速將電流限制在保護(hù)點(diǎn)以內(nèi)，大大減少過流報(bào)警故障概率；
（12）高功率因數(shù)輸出、無功損耗低；
（13）具有故障自動(dòng)復(fù)位、掉電復(fù)位功能，保證生產(chǎn)連續(xù)及生產(chǎn)效率；
（14）牢固的EMC設(shè)計(jì)，內(nèi)置C3濾波器，有效抑制諧波，降低變頻器運(yùn)行時(shí)對(duì)外圍控制回路和傳感器的干擾；
（15）完善的保護(hù)功能：過電壓/欠電壓保護(hù)、變頻器過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)等。
三、系統(tǒng)控制方案
（1）主回路接線十分簡(jiǎn)單，將三相電源接至變頻器輸入R、S、T端，將變頻器輸出U、V、W接至電機(jī)的三相端子即可。在接線時(shí)需注意端子標(biāo)識(shí)，杜絕誤接或反接。
（2）動(dòng)力放線架控制系統(tǒng)給變頻器啟停開關(guān)量信號(hào)，當(dāng)X1端與COM端閉合，則啟動(dòng)變頻器，斷開則停止變頻器。
（3）如下（動(dòng)力放線架接線圖）所示，放線的張力同步控制，是通過系統(tǒng)中張力擺桿的位置變化，使張力電位器輸出電壓信號(hào)反饋給變頻器的PID控制系統(tǒng)，即變頻器模擬輸入AI1接擺桿位置反饋信號(hào)（0～10V），將期望擺桿穩(wěn)定運(yùn)行的位置點(diǎn)設(shè)定為PID給定值。系統(tǒng)運(yùn)行過程中始終將反饋信號(hào)與給定值做比較，PID控制器根據(jù)其差值自動(dòng)運(yùn)算，實(shí)時(shí)改變變頻器的輸出頻率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)放線電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保擺桿位置的穩(wěn)定，從實(shí)現(xiàn)了恒張力控制的目的。
圖 2 動(dòng)力放線架接線圖
四、調(diào)試
三科SKI600重載型變頻器為拉絲機(jī)專用變頻器，與SKI600通用型相比，程序部分已經(jīng)針對(duì)動(dòng)力放線架/雙變頻拉絲機(jī)的應(yīng)用特性做了適配，并添加了部分專用功能，用戶在使用時(shí)，無需做過多的復(fù)雜設(shè)置，僅需要根據(jù)實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)做簡(jiǎn)單的參配置即可。具體的參數(shù)設(shè)置如表1所示：
1、調(diào)試過程：
① 將功能參數(shù)設(shè)置好，如控制方式、頻率給定方式，加減速時(shí)間等。
② 將擺桿調(diào)至“下限位”和“上限位”時(shí)，反饋信號(hào)最小電壓值作為F5.11參數(shù)設(shè)定值，反饋信號(hào)最大電壓值作為F5.13參數(shù)設(shè)定值；
③ 將擺桿調(diào)至中點(diǎn)位置（該位置可調(diào)的），調(diào)出FU.10（PID反饋）監(jiān)視參數(shù)作為F9.01參數(shù)設(shè)定值；
④ 上電運(yùn)行，如果擺桿調(diào)至中點(diǎn)位置動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，則增加比例增益，減小積分時(shí)間，建議調(diào)節(jié)方法為：先增大F9.04比例增益，保證系統(tǒng)不振蕩；然后減小F9.06積分時(shí)間。如果啟動(dòng)速度過快，造成擺桿不穩(wěn)定或者斷線，則需要減少比例增益，增大積分時(shí)間。
2、PID參數(shù)調(diào)試指導(dǎo)
① PID參數(shù)設(shè)定的一般步驟
確定比例增益P（F9.04）
決定比例增益 P吋，首先將 PID的積分(F9.05=0)和微分(F9.06=0)設(shè)置成純比例。比例增益 P由0逐漸增大，直到出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時(shí)開始，比例增益 P逐漸減小，直到系統(tǒng)振蕩消失，并記錄此英寸的比例增益 P，將 PID的比例增益 P設(shè)置為當(dāng)前值的60%~70%。此時(shí)比例增加值 P (F9.04)已調(diào)試完畢。
確定積分時(shí)間Ti（F9.05）
確定比例增益 P后，設(shè)置一個(gè)初始值為 Ti的較大的積分，然后逐漸減小 Ti，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后又依次增大 Ti，直到系統(tǒng)振蕩消失。將 Ti在此時(shí)記錄，設(shè)置 PID的積分時(shí)間常數(shù) Ti為當(dāng)前值的150%?180%。對(duì)整時(shí)常數(shù) Ti的調(diào)試完成。
確定微分時(shí)間Td（F9.06）
微分時(shí)間Td—般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時(shí)的30%。
② PID微調(diào)方法
設(shè)定PID控制的參數(shù)后，可以用以下的方法進(jìn)行微調(diào)。
抑制超調(diào)：發(fā)生超調(diào)吋，請(qǐng)縮短微分吋間（Td),延長(zhǎng)積分時(shí)間（Ti)。詳情見圖 3 說明：
圖 3 PID 抑制超調(diào)圖
盡快使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)：即使發(fā)生超調(diào)，但要盡快穩(wěn)定控制時(shí)，請(qǐng)縮短積分時(shí)間（Ti)，延長(zhǎng)微分時(shí)間（Td)。詳情見圖 4 說明：
圖 4 穩(wěn)定控制狀態(tài)
抑制周期較長(zhǎng)的振動(dòng)：如果周期性振動(dòng)的周期比積分時(shí)間（Ti）的設(shè)定值還要長(zhǎng)時(shí)，說明積分動(dòng)作太強(qiáng)，延長(zhǎng)積分時(shí)間（Ti）則可抑制振動(dòng)詳情見圖 5 說明：
圖 5 抑制周期較長(zhǎng)的振動(dòng)圖
抑制周期較短的振動(dòng)：振動(dòng)周期較短，振動(dòng)周期與微分時(shí)間（Td)的設(shè)定值幾乎相同，說明微分動(dòng)作太強(qiáng)。如縮短微分時(shí)間（Td)，則可抑制振動(dòng)。當(dāng)將微分時(shí)間（Td)設(shè)定為0.00(即無微分控制），也無法抑制振動(dòng)時(shí)，請(qǐng)減小比例增益。詳情見圖 6 說明：
圖 6 抑制周期較短的振動(dòng)圖
五、使用效果
對(duì)動(dòng)力放線架低速放線、加速放線、高速放線、減速放線等過程的測(cè)試，均能很好的滿足客戶的要求，得到客戶的一直好評(píng)。使用三科SKI600拉絲機(jī)專用變頻器驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力放線架：調(diào)速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、加減速快、操作靈活方便、在快速速度跟蹤和松線反向收線兩個(gè)方面均表現(xiàn)非常出色，大大提高了動(dòng)力放線架的放線效率，在節(jié)省企業(yè)成本的同時(shí)增加了產(chǎn)品的產(chǎn)量，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖 7 所示：
六、結(jié)束語
三科SKI600拉絲機(jī)專用重載變頻器在電纜行業(yè)的應(yīng)用完美解決了電線電纜行業(yè)電動(dòng)放線架和收線輪的控制問題。優(yōu)化的PID參數(shù)控制功能，調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，保護(hù)功能齊全，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，深受行業(yè)客戶喜愛。該系統(tǒng)省去了昂貴的A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換模塊和PLC軟件編程，這樣既可以節(jié)省顧客購(gòu)機(jī)成本，而且對(duì)顧客競(jìng)爭(zhēng)力有明顯的提升。
