Danfoss inverter applications in tubular stranding machines
摘要：本文介紹了丹佛斯FC300系列變頻器，配合MCO305運動控制選件，在管式絞線機上的應用；并簡述了開發過程。
關鍵詞：丹佛斯變頻器 MCO305 管式絞線機
Abstract: This article introduced Danfoss FC300 series inverter applications in tubular stranding machines with MCO305 motion control option, and its development process.
Keywords: Danfoss Inverter MCO305 Tubular stranding machine
引言：管式絞線機絞線機是一種能廣泛應用于各類軟/硬導體線(鋼絞線、鋁絞線及銅絞線等)及電子線（如:電源線、耳機線等）的絞合機械設備，使多根單支導體扭成一股，達到線材的工藝要求。其控制關鍵在于需要絞籠轉速和牽引輪轉速保持高度同步。
一、工藝介紹：
6+1型管式絞線機的主要機械結構如下圖所示：
其中：
1.絞籠：內部裝有放線搖籃，將要扭絞的線盤安裝在搖籃上，絞籠轉動將這些線纜扭絞在一起，絞籠由絞線電機帶動。絞籠由無縫鋼管成型，重量可達數噸，工作轉速可達500 RPM至750 RPM。
2.牽引輪：在絞籠轉動的同時，牽引電機帶動牽引輪轉動，并且牽引電機需要根據節距（pitch）的設定按照一定的同步系數與絞線電機保持同步。
3.計米裝置：扭絞后的線纜穿過計米裝置，帶動計米輪轉動的同時出發計米輪上的接近開關，以實現計米。
二、主要電氣部件配置
Danfoss FC301 75kW*1
Danfoss FC302 37kW + MCO305*1
Siemens S7-224XP 擴展8DI、8DO*1
Siemens Smartline1000*1
PLC的PORT1口與兩臺變頻器在一個總線上，采用FC協議進行通信；PORT0則連接西門子的人機屏。其中牽引電機變頻器FC302上，安裝MCO305選件卡，同時將兩個電機的編碼器都接到MCO305上。由絞籠電機作為主軸，牽引電機作為從軸與主軸同步運動。
三、開發過程：
1.變頻器需要的參數確定：
為了實現高精度的同步控制，兩個變頻器都必須在1-**參數中正確設置電機的各個參數，并進行完整的AMA（電機自適應）；設定FC301變頻器的電機控制方式為速度閉環控制，并選擇反饋來源為選件卡上的編碼器；除此之外，需要優化的參數還包括：轉矩和電流、最高轉速的限制，PID控制器的參數，通信參數，發生故障后的處理方式等。
2.同步的實現：
要實現牽引變頻器的同步運動，除了完成以上的參數設置外，還需要兩個條件：同步命令信號和電子齒輪比。
對于同步命令信號，指定變頻器或同步卡上的任意DI口作為同步命令信號口，在Aposs軟件中為MCO305編寫程序，程序中還包括了手動動作、報警處理等內容。當變頻器得到該同步命令信號后，便會開始進入同步運行狀態。
對于電子齒輪比，它由變頻器的中33-10（Sync Factor Master，電子齒輪比分母）和33-11（Sync Factor Slave，電子齒輪比分子）共同組成。計算公式為：
其中，絞籠轉速、節距由操作者給出，牽引輪周長、牽引減速比和絞線減速比取決于機械結構，由以上公式④推導出牽引輪轉速并帶入公式③，即可求出電子齒輪比分子，在計算的過程中須保證單位統一，計算出的電子齒輪比分子轉化為整數并通過FC協議寫入FC302的33-11參數。
3. 減速過程：
當檢測到機器發生故障或急停按鈕被按下時，需要機器以最快速度完成停車，這種情況下同時進行電氣制動（制動電阻）和機械制動（氣動抱閘）；當產量即將達到是，停車過程為——先通過電氣制動將絞籠轉速降低至某一設定值，然后再投入機械抱閘。在實際開發中，為了實現最佳的制動效果，需要合理分配電氣制動和機械制動所承擔的制動工作量，防止制動電阻嚴重發熱使得控制柜內溫度過高，也要防止機械制動機構耗損過快。
無論采用何種停機方式，在制動過程牽引輪均要和絞籠保持同步，以防止絞線節距改變或發生斷線。
4. 電磁干擾問題：
開發過程中，發生絞線變頻器使能后牽引電機亂動的現象，檢查發現使能后，來自主軸編碼器的反饋脈沖數持續增長，而此時主軸并沒有轉動。因為本裝置變頻器功率較大，且都安裝在同一個電氣柜內，產生了電磁干擾問題。根據現場情況采取相應措施，問題得以解決。
四、程序結構
開機后，首先進行通信和狀態的初始化。初始化完成后同時調用工作序列、報警和通信子程序。工作序列中，包含手動和自動兩種狀態，自動運行又包括機組準備（包括：松開機械抱閘、關閉防護門等動作）和機器運行兩個狀態。報警程序用于對機器狀態進行實時監控，并根據故障情況執行相關動作。通信程序用于PLC和變頻器的FC協議通信。
五、結語
現場實際運行過程中，完善的參數設置選項和監控功能保證了設備運行平穩高效。系統調試也十分簡單易行，得到客戶的一致好評。
參考文獻
[1] MCO305 操作說明. MG.34.K1.41. Danfoss
[2] S7-200可編程控制器系統手冊. A5E00307992-04. Siemens
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