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[導(dǎo)讀]0 引言隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展,交流調(diào)速性能的持續(xù)不斷的改進(jìn)已經(jīng)使之可以與直流調(diào)速相媲美。由于交流調(diào)速較直流調(diào)速維護(hù)簡單、成本低廉,因此變頻器調(diào)速技

0 引言

隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展,交流調(diào)速性能的持續(xù)不斷的改進(jìn)已經(jīng)使之可以與直流調(diào)速相媲美。由于交流調(diào)速較直流調(diào)速維護(hù)簡單、成本低廉,因此變頻器調(diào)速技術(shù)已逐步替代直流調(diào)速,廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工等各個領(lǐng)域。本文根據(jù)化纖行業(yè)彈力絲機(jī)的工藝要求,采用PLC 和數(shù)臺艾默生變頻器EV1000 組成RS485 通訊網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了多個變頻器的閉環(huán)控制和PLC集中監(jiān)控。

1 彈力絲機(jī)工藝要求和工作原理

彈力絲機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)如圖1 所示,該系統(tǒng)左右完全對稱共有七臺變頻器,每個羅拉、黑輥均由一臺變頻器拖動,假捻器由一臺變頻器拖動。其主要工作過程為:絲從紗錠經(jīng)一羅拉牽引,在上溫箱加熱后,再由二羅拉牽引經(jīng)假捻后通過下溫箱定型,最后由黑輥牽引經(jīng)油箱并最后卷繞到紗筒上。工藝上設(shè)定二羅拉的線速度為基準(zhǔn)速度,并按一定的牽伸比設(shè)定給一羅拉、黑輥、假捻器。因為牽伸比的不同使得一羅拉和二羅拉,二羅拉和黑輥之間存在著彈力。該系統(tǒng)線速度控制要求高,僅靠開環(huán)控制不能達(dá)到控制要求,因此需要采用變頻器的PI閉環(huán)控制功能。

 

 

2 電氣傳動系統(tǒng)構(gòu)成

我們根據(jù)該設(shè)備工藝要求組成如圖2所示的傳動控制系統(tǒng),可編程控制器通過RS485 轉(zhuǎn)換器與EV1000自帶的RS485接口組成通訊鏈路,文本顯示器通過RS232和PLC 連接。

在系統(tǒng)設(shè)計中,可編程控制器為整個系統(tǒng)的核心,執(zhí)行各種系統(tǒng)操作及計算。文本顯示器為整個系統(tǒng)的操作設(shè)置顯示單元。在文本顯示器上可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制,如變頻器的啟動、停止,工藝參數(shù)的設(shè)定。并且可以實時監(jiān)控全機(jī)的工作運行狀態(tài)、動作過程及全機(jī)的故障查詢等。系統(tǒng)中有關(guān)的參數(shù)設(shè)定和各種操作都可通過文本顯示器實現(xiàn)。

 

 

在變頻器設(shè)計方面,EV1000 系列變頻器自帶RS485接口的通訊單元,符合RS485 通訊規(guī)范,用于實現(xiàn)PLC與多臺變頻器的聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)一定的通訊協(xié)議,可以通過RS485 網(wǎng)絡(luò)輕松實現(xiàn)對變頻器的運行控制。由于RS485 通訊鏈路傳輸距離遠(yuǎn)、配線簡單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高,因此在設(shè)計中,省略了變頻器的外部起??刂凭€路,對變頻器的所有控制都通過RS485 通訊鏈路來完成。

在轉(zhuǎn)速控制方面,利用EV1000 系列變頻器的閉環(huán)控制功能,用霍爾傳感器測量電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速并反饋給變頻器,這樣就組成了速度閉環(huán)。EV1000系列變頻器內(nèi)置的PI 閉環(huán)控制的動態(tài)響應(yīng)好、控制精度高、使用簡單靈活。

現(xiàn)場試驗表明,采用這個方案可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 r/min 的范圍內(nèi),能有效防止因負(fù)載的變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,滿足了彈力絲機(jī)的控制要求。對于單回路PI 控制對象而言,EV1000 優(yōu)異的控制性能是采用PLC 程序控制來完成回路調(diào)節(jié)的。

3 PLC與EV1000系列變頻器的通訊

3.1 通訊鏈路的構(gòu)成

如圖3所示,在系統(tǒng)中,主機(jī)PLC 和EV1000 系列變頻器RS485總線構(gòu)成一個通訊鏈路,在協(xié)議層采用廣播式主-從協(xié)議,所有的通訊發(fā)起都從主站開始,從站響應(yīng)主站的各項通訊指令。

3.2 通訊協(xié)議簡述

在網(wǎng)絡(luò)中,PLC 為主站,EV1000 變頻器分別設(shè)定為地址互不相同的從站,設(shè)定范圍為1~31,這樣各站點由唯一的標(biāo)志碼識別。EV1000變頻器采用主機(jī)“輪詢”,從機(jī)“應(yīng)答”方式。其通信方式為RS485 協(xié)議;數(shù)據(jù)格式為1 位起始位、8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、無校驗;波特率為9.6 kbit/s。變頻器接收控制的通訊協(xié)議如圖4所示。

 

 

 

 

格式解釋如下。

1)幀頭7EH“ ~ ”;

2)從機(jī)地址1 ~126,7FH,即127 號地址為廣播通信地址;

3)主機(jī)命令/從機(jī)響應(yīng)主機(jī)發(fā)送的命令/從機(jī)對命令的應(yīng)答;

4)索引區(qū):

(1)包括輔助索引字節(jié)和命令索引字節(jié);

(2)主機(jī)輔助索引預(yù)留命令索引,用于配合主機(jī)命令實現(xiàn)具體功能;

(3)從機(jī)輔助索引,用于從機(jī)上報故障狀態(tài)碼,命令索引不作改動直接上報。

5)設(shè)定數(shù)據(jù)/運行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)含義配合具體的命令響應(yīng)碼提供主機(jī)設(shè)定或從機(jī)響應(yīng)數(shù)據(jù);

6)校驗和計算方法從“從機(jī)地址”到“運行數(shù)據(jù)”已經(jīng)轉(zhuǎn)換為ASCII碼的全部字節(jié)連續(xù)累加和;

7)幀尾0DH。

3.3 系統(tǒng)的通訊實現(xiàn)方法概述

根據(jù)彈力絲機(jī)的功能要求,本系統(tǒng)主要使用以下通訊指令:

1)從機(jī)開機(jī);

2)從機(jī)停機(jī);

3)速度閉環(huán)給定;

4)無單位顯示量。

其中需要注意的是從機(jī)的地址及相應(yīng)的校驗和。速度閉環(huán)給定指的就是工藝更改時,根據(jù)基準(zhǔn)速度和各軸的牽伸比算出各軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速并發(fā)給相應(yīng)的變頻器。無單位顯示量指的是讀相應(yīng)地址變頻器的實際反饋轉(zhuǎn)速。設(shè)計中須用到具體操作命令的通訊協(xié)議如表1所列。

4 控制系統(tǒng)中變頻器參數(shù)的設(shè)定

變頻器的參數(shù)設(shè)定是系統(tǒng)實現(xiàn)其功能的一個重要環(huán)節(jié),本文針對與本系統(tǒng)相關(guān)的重要參數(shù)作一簡介。表2給出了這些參數(shù)的工作特性。

需要注意的是:對于速度閉環(huán)參數(shù)P(比例)、I(積分)、T(采樣周期)及偏差極限的設(shè)定需要在實際

的現(xiàn)場中調(diào)整。

5 實際應(yīng)用效果

通過用戶一年多的使用表明,彈力絲生產(chǎn)線上采用變頻器EV1000 和轉(zhuǎn)速傳感器構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,并通過RS485通訊介質(zhì)構(gòu)成一個由PLC和多個變頻器組成的通訊鏈路來實現(xiàn)彈力絲生產(chǎn)線控制,是一種十分經(jīng)濟(jì)、可靠和理想的控制方案,該技術(shù)有許多值得借鑒的優(yōu)點:

1)采用通訊方式控制變頻器,具有硬件結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng)的特點;

2)采用變頻器自帶的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)功能,減少了系統(tǒng)的硬件成本及編程量,而且動態(tài)響應(yīng)快,轉(zhuǎn)速控制精度高,可以控制速度在依1 r/min 左右,完全滿足工藝控制要求,使產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高;

3)操作簡單,速度的設(shè)定調(diào)整只須在文本顯示器上設(shè)置基準(zhǔn)速度和牽伸比即可,系統(tǒng)的開機(jī)、關(guān)機(jī)也只須按文本顯示器上相應(yīng)的按鈕即可;

4)實時監(jiān)控性能高,可以在文本顯示器上清楚地看到實時的各軸速度及各種報警事件,使用戶能夠快速、及時地掌握系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)。

總之將此技術(shù)運用到彈力絲機(jī)控制系統(tǒng)上,可以使整個系統(tǒng)精度高、響應(yīng)快,故障很少且易于排除,產(chǎn)品質(zhì)量也有了顯著提高,得到用戶的好評,應(yīng)用效果十分明顯。

 

 

 

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