一、前言

　　雙變頻伸線機為電線電纜的主要加工設備，它的加工對象主要為金屬銅、鋁、以及銅包鋁等。簡單工作流程：通過主拉電機，控制機械機構(gòu)傳動內(nèi)導輪，牽引金屬線經(jīng)過多道拉絲模，逐級牽伸，達到產(chǎn)品目標直徑規(guī)格。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，通過張力桿動態(tài)平衡，達到調(diào)節(jié)絲線直徑均勻的目的。保證張力桿的平衡，是保證線徑均勻，保證好的產(chǎn)品質(zhì)量的先決條件，而張力桿的平衡穩(wěn)定度，完全由卷繞電機的速度決定，為了實現(xiàn)其動態(tài)平衡和穩(wěn)定，卷繞電機速度控制使用簡單的開環(huán)控制和普通PID調(diào)節(jié)是遠遠達不到要求的。因此，現(xiàn)有市場上針對此，有不同的控制方案：

1、使用PID控制板：PID控制板有不同的應用形式，部分國產(chǎn)甚至國外的變頻廠家，在早期為推廣使用其變頻器，專門制作了PID反饋板，在應用時，由于作為一個變頻器的附屬產(chǎn)品，通用性較差。而部分拉絲廠家工程師在深入研究了拉絲機的各項性能和功能后，也有推出針對拉絲設備的PID控制板，很多方案甚至使用人性化界面設計，此類控制方案通用性較強，也應用較廣，但是控制板的電子元器件參數(shù)調(diào)試不夠方便，為達到調(diào)節(jié)穩(wěn)定度的目的，必須讓直接客戶在使用過程中不斷進行參數(shù)修正以優(yōu)化性能。而部分硬件實現(xiàn)的PID控制板由于電子元器件隨溫度等外界環(huán)境的變化而變化，導致PID參數(shù)變化，需要隨時維護。

2、使用外部PLC控制：這種方式的控制多見于部分大型拉絲機制造廠家，PID算法與PLC內(nèi)部集成，穩(wěn)定性比較好，也比較可靠，但是PLC的應用增加了系統(tǒng)本身的造價和成本，在綜合考慮成本和性能上面，此方案的選擇并非比較佳選擇。

3、使用單片機控制系統(tǒng)：單片機系統(tǒng)可做到控制的人性化，將系統(tǒng)PID功能集成于MCU的軟件里面，通過友好人機界面，實現(xiàn)拉絲設備方便操作，方便維護，但是此種方案涉及到比較復雜的軟硬件開發(fā)，而且開發(fā)周期較長，難以推廣。

4、使用拉絲機專用卷繞變頻器。拉絲機專用變頻器的較早出現(xiàn)于國外和我國的臺灣地區(qū)，將卷繞功能的前饋PID集成于變頻器的軟件算法，通過優(yōu)化專用的參數(shù)設置，便可實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行。這種方式是市場上應用比較廣，也是比較值得推廣的方案，但是此種方案的國產(chǎn)專用變頻器在早期的推廣遇到了不小的阻礙，主要是由于產(chǎn)品本身的性能和穩(wěn)定性達不到部分現(xiàn)場的要求，部分客戶暫時難以接受。隨著國產(chǎn)變頻器的應用逐步深入高端場合，其穩(wěn)定性和使用性能也被已經(jīng)完全被市場接受，加上國產(chǎn)變頻器的服務到位，較之國外廠家有不小的優(yōu)勢，也使國產(chǎn)變頻器的市場份額越來越大，使用越來越廣。

二、四方E380產(chǎn)品功能特點：

　　E380系列變頻器是四方電氣技術(shù)有限公司于2007年年初推出的集成型產(chǎn)品，在E350系列的基礎(chǔ)上，改進完善了硬件和軟件設計，集成了多種專用功能，針對拉絲機行業(yè)，E380改進了PID設計，通過算法融入主拉機頻率的前饋PID設計，實現(xiàn)了主機和卷繞的穩(wěn)定同步，達到收線張力的動態(tài)平衡。針對客戶現(xiàn)場模擬量信號的誤差較大以及電壓模擬量抗干擾性差的特點，E380系列拉絲專用功能獨特RS485數(shù)字通訊進行聯(lián)動控制的方式，在很大程度上克服了模擬信號傳輸?shù)娜毕荨?/p>

E380系列拉絲專用軟件特點：

1、 內(nèi)置前饋PID功能，無需外部PLC，MCU控制系統(tǒng)，PID控制板。

2、 自適應PID參數(shù)調(diào)整，變頻器自動優(yōu)化PID參數(shù)調(diào)節(jié)性能。

3、 簡單易懂的拉絲專用參數(shù)組，大大減少客戶調(diào)試時間和難度。

4、 轉(zhuǎn)速檢測和顯示，線長計長設定、檢測、顯示等功能，可節(jié)省客戶轉(zhuǎn)速顯示表，計米表等設備成本。

5、 多種斷線檢測和報警方式，避免出現(xiàn)意外情況下的事態(tài)擴大。

6、 RS485聯(lián)動控制，且可隨意調(diào)節(jié)的聯(lián)動比例，增加了聯(lián)動信號的精度，更易于實現(xiàn)張力桿的穩(wěn)定控制。

7、 集成化的軟件設計，模塊化軟件設計，可切換到通用模式。

三、拉絲機系統(tǒng)實現(xiàn)方案：

方案1：四方E380變頻器為主拉驅(qū)動和卷繞驅(qū)動，主拉與卷繞的頻率信號通過RS485聯(lián)動。

方案2：使用東元7200系列做主拉變頻器，通過四方E380拉絲專用變頻器替代PID控制板。主拉與卷繞通過主機（東元變頻器）模擬信號輸出，卷繞（四方變頻器）模擬信號讀取進行頻率同步。

四、方案介紹：

下面，將此兩種方案逐一進行詳細介紹。

方案一　四方變頻器聯(lián)動控制方案

一、系統(tǒng)控制簡圖：二、外部元器件功能說明：

三、功能描述和實現(xiàn)方法：

1、主機點動獨立控制

　　初次穿線或者在由于偶然因素導致斷線時，需要單獨控制主拉機牽引滑輪運轉(zhuǎn)，此時應避免啟動卷繞機。

　　實現(xiàn)方法：通過多功能端子X1實現(xiàn)主機點動輸入，點動頻率不同步可通過參數(shù)設置。

　　主機參數(shù)設置：F3.0=6，F(xiàn)9.3=*1*1。

2、卷繞機的啟動控制

　　卷繞電機的運行應與主機保持同步，但是啟動過程為了保持啟動平滑，可通過RS485通訊，使卷繞機在主機運行到一定頻率后開始執(zhí)行卷繞操作。使用四方專用卷繞功能，不需要給出單獨的啟動控制指令，而可通過主機RS485通訊控制，只需要設定從機的起始頻率。

　　卷繞機參數(shù)設置：F8.1=2。

3、主從頻率聯(lián)動

　　主機與從機的頻率存在一定的對應關(guān)系，四方變頻器可以自適應地尋找主從頻率對應比，但合理的設置主從聯(lián)動比例和機械傳動比，可以使拉絲機較快進入穩(wěn)定狀態(tài)。使用RS485通訊，實現(xiàn)主機與從機的頻率信號信息互享，從機根據(jù)主機的當前頻率，根據(jù)其自動搜尋的頻率比，確定前饋PID的基頻。

　　主機參數(shù)設定：F9.0=0014，F(xiàn)9.3=1111，F(xiàn)9.5=1.0。

　　從機參數(shù)設定：F9.0=0014，F(xiàn)0.1=2。

　　注意事項：主機必須以輸出頻率做為同步頻率源，不能以設定頻率作為頻率源，否則會導致前饋PID算法誤差較大，而出現(xiàn)卷繞平衡桿不穩(wěn)定。

4、主機速度頻率給定。

　　主拉變頻器的速度，決定了整個拉絲機系統(tǒng)的工作效率，為方便現(xiàn)場操作，主機變頻器頻率設定通過外接電位器實現(xiàn)。系統(tǒng)上限頻率80Hz，通過VC2模擬輸入，調(diào)節(jié)電位器，實現(xiàn)0－80Hz的范圍調(diào)頻。

　　主機參數(shù)設定：F0.1=5，F(xiàn)0.8=80，F(xiàn)2.2=0，F(xiàn)2.3=10，F(xiàn)2.8=0，F(xiàn)2.9=80，F(xiàn)0.10=50，F(xiàn)0.11=50。

　　注意事項：為保證效率，主機的上限頻率設置到80Hz，但主機的加減速時間不宜過短，需要設定在40S－100S。

5、排線機啟動控制：

　　排線機是為了均勻整齊將金屬絲排繞的目的而使用，在卷繞速度一定時，也必須保證排線機的速度均勻，現(xiàn)有的排線機一般都通過工頻電機驅(qū)動，需要注意的只是在卷繞機啟動后，及時啟動排線機，本系統(tǒng)中，使用集電極端子OC1輸出，當卷繞從機高于2Hz時，驅(qū)動輔助繼電器實現(xiàn)。

　　卷繞機參數(shù)設定：F3.6=2，F(xiàn)3.10=2，F(xiàn)3.11=0.1。

6、卷繞機的張力反饋：

　　張力桿的穩(wěn)定度是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。如果張力桿不穩(wěn)定，產(chǎn)品的線徑均勻度不夠，將嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì)。與大部分系統(tǒng)相似，通過張力桿帶動一高精度電位器，電位器的反饋信號反應了擺桿的位置，通過變頻器的5V電平輸出供應電源，反饋輸入接入VC1。

　　卷繞機參數(shù)設定：F0.0=0001，F(xiàn)2.0=0，F(xiàn)2.1=5，F(xiàn)7.0=0，F(xiàn)7.1=0021，F(xiàn)8.11=50。

　　注意事項：并非每個現(xiàn)場的平衡位置都位于中心點，為方便確定平衡點，四方卷繞機專用變頻器可通過監(jiān)控D-9監(jiān)測當前擺桿位置，可在調(diào)試前確定平衡位置后，再相應設定參數(shù)值。

7、線速度檢測功能，計米功能實現(xiàn)

　　卷繞機的線速度檢測一般通過導輪的接近開關(guān)實現(xiàn)，通過檢測接近開關(guān)的輸入頻率，實現(xiàn)計米功能和自動計長功能。四方卷繞專用變頻器的頻率速度檢測可以低之1Hz以內(nèi)，完全達到系統(tǒng)精度需求。

　　卷繞機參數(shù)設定：F8.8=4，F(xiàn)2.6=0，F(xiàn)2.7=0.2。

　　注意事項：卷繞機的線速度是對應的比較大線速度需要根據(jù)導輪的半徑具體計算。當導輪轉(zhuǎn)動一圈，接近開關(guān)輸出一個脈沖時的計算方法如下：F8.9=2*（3.14）*R*（F2.7）*1000，其中R為導輪的半徑，單位為m，F(xiàn)8.9的單位為m/S。

8、斷線故障檢測以及抱閘信號輸出

　　斷線檢測功能是為了系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)故障，及時停機檢測，一般采用接近開關(guān)信號輸入檢測，為了防止誤檢測，從機需要正確設定下列參數(shù)：

　　參數(shù)設定：F8.12=1，F(xiàn)8.13=10，F(xiàn)8.14=20，F(xiàn)8.15=2，F(xiàn)8.16=1,F8.17=1，F(xiàn)8.18=7，F(xiàn)8.20=7S，F(xiàn)3.7=21。

　　當變頻器斷線檢測功能在從機高于10Hz，延時2秒以后，且擺桿位置低于20％時間1秒以上有效。當卷繞機檢測到斷線故障時，需要及時輸出抱閘信號到機械系統(tǒng)，實現(xiàn)緊急停車，此時變頻器自由停車，使用OC2信號輸出功能。

9、卷繞機停機參數(shù)設定：

　　卷繞機在停機過程中，當頻率較低時候，反饋系統(tǒng)較容易不穩(wěn)定，為了保證停機時避免較大的張力桿擺幅而造成斷線，一般在低于一定頻率時候，對卷繞機采用直流制動停機方案。

　　參數(shù)設定：F8.19=1.5Hz，F(xiàn)8.20=7。

10、平滑啟動功能：

卷繞機在啟動時，由于算法中預先給定了前饋頻率，容易造成啟動速度沖擊而使張力桿不穩(wěn)定。四方E380拉絲專用變頻器優(yōu)化了啟動過程的算法，通過參數(shù)F8.0合適的設置，可以達到平穩(wěn)啟動，起停基本不斷線的功能。

四、參數(shù)表：

四方變頻器主機參考參數(shù)設置表：

四方變頻器從機對應參數(shù)表：

五、調(diào)試注意事項說明

1、擺桿反饋位置調(diào)試：

　　四方變頻器啟動過程不需要人為參與，因此，啟動初始時，需保證擺桿位置反饋值穩(wěn)定且低于設定平衡點。通過監(jiān)測參數(shù)d-9，調(diào)節(jié)參數(shù)F2.2,F2.3實現(xiàn)（即保證擺桿比較低位置d-9=0,擺桿比較高位置d-9=100，擺桿平衡位置d-9=50）。

2、 啟動停機過程調(diào)試：

　　四方變頻器使用獨特的啟動算法，比較大限度保持卷繞機擺桿啟動過程的平穩(wěn)，實現(xiàn)啟停不斷線。影響起停的關(guān)鍵的參數(shù)有：（1）主機的加減速時間。主機加減速時間越長，從機頻率跟蹤沖擊越小，則啟停穩(wěn)定度越好，一般推薦使用50S以上。（2）從機的加減速時間。從機加減速時間相關(guān)的有加減速時間1和加減速時間4，其中加減速時間1為變頻器的輸出頻率加減速，加減速時間4為前饋PID的PID環(huán)輸出加減速時間。為了保證變頻器啟動停機以及平穩(wěn)運行時的快速響應，在保證變頻器無故障輸出時，應該盡量減少此兩個加減速時間。（3）啟動平滑時間。平滑時間是指啟動過程中擺桿被拉起的時間，時間越長，擺桿啟動平穩(wěn)度越好，擺桿超調(diào)越小;時間越短，擺桿啟動越快，可能導致的超調(diào)越大，甚至導致斷線，需要折中選擇。（4）聯(lián)動設定比。四方變頻器具有自動識別聯(lián)動比例功能，但在第一次使用時，如果沒有正確設置聯(lián)動比例，則可能出現(xiàn)啟停不穩(wěn)定的情況。可以通過人為調(diào)節(jié)正確的聯(lián)動比例實現(xiàn)啟動停機穩(wěn)定，也可以通過第一次啟動，使變頻器自動識別穩(wěn)定參數(shù)，在后續(xù)運行過程，均可以保證變頻器穩(wěn)定啟停。

3、 擺桿平穩(wěn)度調(diào)試：

　　擺桿的平穩(wěn)度是檢驗變頻器控制性能的標準，四方變頻器使用的是前饋PID功能算法，比較大限度保證了擺桿平穩(wěn)運行。四方變頻器可以選擇單一參數(shù)組，也可以選擇根據(jù)運行頻率實際自動調(diào)節(jié)PID參數(shù)組。以下論述PID參數(shù)組基本調(diào)試方法：

（1）比例增益：比例增益影響PID環(huán)節(jié)的快速響應。當擺桿在啟停或者穩(wěn)定運行時出現(xiàn)較大超調(diào)時，可適當增加此參數(shù)值。

（2）積分時間：積分時間常數(shù)使保證PID環(huán)節(jié)穩(wěn)定的關(guān)鍵參數(shù)，增加積分時間，可以減少在穩(wěn)定運行時的擺桿振幅。過大的積分時間常數(shù)容易形成擺桿的大幅超調(diào)。

（3）微分時間：微分時間常數(shù)可使PID環(huán)節(jié)做出預先判斷，抑制擺桿超調(diào)，但是此參數(shù)值設置過大，容易出現(xiàn)振蕩。

六、調(diào)試過程問題解決：

調(diào)試過程中容易出現(xiàn)問題如下：

1、啟動斷線：

　　如是第一次上電啟動出現(xiàn)斷線，可能是機械傳動比或者主機和從機頻率比例設置不夠合理，導致變頻器算法誤判正確的機械或主從頻率比，此種狀況在第二次試機時可消除，四方專用模塊可在第一次啟動過程中正確檢測合理傳動比。

　　如非第一次啟動斷線，擺桿被拉升到高位斷線，此種情況可能由于主機的加減時間過短，或卷繞從機加減速過大，導致頻率跟蹤和算法頻率響應過慢，此時適當增加主機的加減速時間，在變頻器不出現(xiàn)故障的情況下減小從機的加減速時間。一般推介主機加減速時間大于50S，從機加減速時間小于3S。

2、快速啟動過程以及提高擺桿穩(wěn)定度：

　　四方變頻器在啟動過程中使用了獨特的算法，啟動振幅大，可能由于主機加減速時間過短，導致主機的輸出頻率變化過快，而使從機頻率跟蹤速度不穩(wěn)定，比較終導致擺桿穩(wěn)定度不夠。同時此情況可能與啟動增益參數(shù)有關(guān)，延長啟動增益時間，可以提高啟動過程的擺桿穩(wěn)定度。從機開始啟動后，系統(tǒng)要求必須快速爬升到擺桿的平衡位置，此過程時間在3S左右，通過降低起始動作頻率減少此過程時間，同時啟動增益延時可適當減少。

3、手動擺桿到目標位置，從機啟動過慢：

　　很多客戶原來使用其他品牌變頻器或者PID控制板，由于啟動過程不夠穩(wěn)定，習慣將擺桿預先放置在目標位置，四方變頻器的獨特算法，可以不需要人為參與，因每次啟動過程均為參數(shù)的自校正過程，人為參與會導致參數(shù)的自校正錯誤，而使擺桿啟動速度過慢。

4、擺桿在拉絲過程中，出現(xiàn)振幅較大，或者出現(xiàn)振蕩斷線情況：

　　合理的PID參數(shù)和四方前饋PID算法完全能夠保證擺桿的穩(wěn)定度，但是如果隨頻率的變化，固定的PID參數(shù)可能不夠適用當前運行頻率時，可能會出現(xiàn)振幅過大或者出現(xiàn)振幅過大導致的斷線。此時有兩個解決辦法，第一是PID參數(shù)的設置根據(jù)運行頻率，當高頻時使用第一組參數(shù)，低頻時使用第二組參數(shù)，中間過程斜率變化，具體參數(shù)可以參考從機參數(shù)表。第二是適當降低當前PID控制器的微分參數(shù)。微分參數(shù)在保證擺桿穩(wěn)定度時，也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，適當減少此參數(shù)，可大大增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

七、拉絲專用監(jiān)控參數(shù)及說明：

方案二　四方E380變頻器與東元變頻器細拉機上的聯(lián)動應用

一、系統(tǒng)概述

　伸線動力： 東元7200MA－4T0037變頻器

　收卷動力： 四方E380－4T0022拉絲專用變頻器

　進線徑： ф0.5

　　出線徑： ф0.06

　　張力反饋方式： 360度高精度旋轉(zhuǎn)電位器，重力式擺桿反饋。

　　模數(shù)：22

二、拉絲伸線機系統(tǒng)實現(xiàn)：

1、外圍器件功能說明：

2、主機接線功能說明：

3、從機接線功能說明：

三、控制功能簡述

　　除與方案一中部分需要注意的事項外，使用與東元變頻器聯(lián)動方案還需要注意以下幾點：

1、主機點動信號與主機控制從機啟動

　　為了確保主機的點動獨立，從機的啟動在主機啟動后執(zhí)行，方案中使用主機的集電極輸出作為控制從機的啟動信號，需要設定主機的點動頻率低于DO1的頻率檢出對應頻率。

2、主機與從機的故障復位

　　在運行中，如從機出現(xiàn)故障，通過主機的DI3端口檢測，使主機做出對應的處理，當故障排除后，可通過S4開關(guān)進行手動復位，S4的復位是同時對主機和從機進行復位。

3、主機和從機的同步控制

　　主拉變頻器輸出頻率決定了整個拉絲機械的工作效率，同時也為卷繞機的PID環(huán)節(jié)提供前饋頻率信號，從而使卷繞變頻器的PID功能輸出穩(wěn)定，保證擺桿的穩(wěn)定運行。主機 通過類比輸出AO1，輸入到從機VC2模擬信號輸入端。

附錄1：東元變頻器主機主要參數(shù)表：

主機參數(shù)參考表及簡單說明：

附錄2：四方變頻器從機對應參數(shù)表：

從機參數(shù)參考表及簡單說明：