變頻器在紡絲擺頻控制中的應(yīng)用

朱貴澎，唐行龍，陳 斌，王 歡

（江蘇奧神新材料股份有限公司，江蘇省連云港 222000）

卷繞成型是高速紡絲的關(guān)鍵之一，筒子成形的優(yōu)劣不僅影響原絲的內(nèi)在質(zhì)量，而且關(guān)系到運(yùn)輸性能、后加工的退繞性能等[1]。因此，在生產(chǎn)過程中解決卷繞成型的問題尤為重要。

本研究以美國(guó)羅克韋爾公司的Power Flex 40P 變頻器為例，對(duì)如何運(yùn)用變頻器內(nèi)部控制程序?qū)崿F(xiàn)紡絲卷繞成型控制的問題進(jìn)行探討。

1 變頻器原理

變頻調(diào)速是近代電氣工程中發(fā)展最快的一種電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式，變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，該優(yōu)良性能使其在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

變頻器由主電路和控制電路兩大部分構(gòu)成。主電路是給電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的整流器，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生電壓脈動(dòng)的平波回路，以及將直流功率變換為交流功率的逆變器。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加制動(dòng)回路，變頻器主電路示意圖如圖1。

圖1 變頻器主電路示意圖

控制電路主要是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。如圖2 所示，控制電路由以下電路組成 ：頻率、電壓的運(yùn)算電路、主電路的電壓、電流檢測(cè)電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路。在圖2 點(diǎn)劃線內(nèi)，無速度檢測(cè)電路為開環(huán)控制。在控制電路增加了速度檢測(cè)電路，即增加速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)更精確的閉環(huán)控制[2]。

圖2 變頻器控制電路示意圖

2 擺頻功能概述

紡絲卷繞在成形過程中，為了防止絲層之間產(chǎn)生重疊、蹋邊現(xiàn)象，傳動(dòng)橫動(dòng)導(dǎo)絲器的槽筒電機(jī)就不能恒速運(yùn)行，而要在控制運(yùn)行頻率的基礎(chǔ)上設(shè)置擾動(dòng)頻率，使其在幾個(gè)設(shè)定頻率之間實(shí)現(xiàn)周期性的重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)擺頻功能。圖3 就是以三角波為例預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)波形。

圖3 目標(biāo)波形

3 擺頻功能實(shí)現(xiàn)探討

美國(guó)羅克韋爾公司的Power Flex 40P 變頻器擁有精確的速度控制和位置控制功能，能夠很好地實(shí)現(xiàn)相關(guān)工藝工況對(duì)擺頻功能的控制要求。

Power Flex 40P 變頻器具有內(nèi)置步序邏輯功能，具有8 個(gè)預(yù)置速度和4 個(gè)加速/減速斜坡控制參數(shù)，可以通過對(duì)8 個(gè)預(yù)置速度進(jìn)行邏輯編程實(shí)現(xiàn)步序控制。每個(gè)步序可以通過編程，基于數(shù)字輸入狀態(tài)、特定時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。此功能可以實(shí)現(xiàn)擺頻控制功能。

以下就如何運(yùn)用變頻器內(nèi)部控制程序?qū)崿F(xiàn)擺頻功能進(jìn)行論述。

3.1 速度基準(zhǔn)值

通過對(duì)參數(shù)P038 可以對(duì)速度基準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)工況需要將該參數(shù)P038[速度參考值]設(shè)置為 6“步序邏輯”，參數(shù)A140～A147[步序邏輯0～7]將被激活[3]。

3.2 步序邏輯方式

參數(shù)A140～A147[步序邏輯0～7]，這些參數(shù)用于創(chuàng)建自定義的頻率命令文件。每個(gè)“步序”都可以基于時(shí)間、邏輯輸入狀態(tài)或者時(shí)間與邏輯輸入狀態(tài)的結(jié)合，確定步序邏輯方式。每個(gè)邏輯功能都是由每步邏輯參數(shù)的4 個(gè)數(shù)字確定，每個(gè)[步序邏輯X]參數(shù)中數(shù)字0～3 都必須根據(jù)需要進(jìn)行編程，參數(shù)設(shè)置方法及解釋見圖4。

圖4 步序邏輯參數(shù)圖

3.2.1 數(shù)字0：進(jìn)入下一步邏輯

該數(shù)字定義了進(jìn)入下一步序的邏輯。當(dāng)條件滿足程序時(shí)候，進(jìn)入到下一步序。從步序0 依次至步序7。例如：數(shù)字0 設(shè)置為3，當(dāng)“邏輯輸入2”被激活時(shí)，程序進(jìn)入到下一步序。

3.2.2 數(shù)字1：跳到不同步序的邏輯

除了F 以外的所有設(shè)置，當(dāng)條件滿足時(shí)，程序?qū)⒃竭^邏輯0 跳到由數(shù)字確定的步序。

3.2.3 數(shù)字2：不同步序跳轉(zhuǎn)

當(dāng)數(shù)字1 條件滿足時(shí)，數(shù)字2 的設(shè)置值到下一步序或者程序結(jié)束。

3.2.4 數(shù)字3：步序設(shè)置值

該數(shù)字定義了速度命令將要執(zhí)行的加速/減速文件及電流步序命令的方向。

3.3 步序邏輯如何工作

步序邏輯將以一個(gè)有效的起始命令開始順序動(dòng)作，一般順序總是以參數(shù)A140[步序邏輯0 開始]。

3.4 步序邏輯時(shí)間

步序的時(shí)間間隔可以使用參數(shù)A150～A157[步序邏輯時(shí)間X]進(jìn)行編程。

3.5 步序邏輯速度

任何步序的速度可以使用參A070～A077[預(yù)置頻率X]進(jìn)行編程。

3.6 參數(shù)設(shè)置

通過對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，可以很好地實(shí)現(xiàn)擺頻功能，電機(jī)將會(huì)按照我們預(yù)設(shè)的運(yùn)行速度、運(yùn)行時(shí)間和步序邏輯運(yùn)行。

4 運(yùn)行結(jié)果

實(shí)際運(yùn)行過程中，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置以達(dá)到工藝工況需求，靈活方便。圖5 就是以三角波和矩形波為例在電機(jī)運(yùn)行后所測(cè)得的實(shí)際運(yùn)行曲線波形。

圖 5 變頻器運(yùn)行曲線

5 結(jié)語

Power Flex 40P 變頻器通過在擺頻控制中的應(yīng)用，使得系統(tǒng)簡(jiǎn)單易維護(hù)，操作靈活簡(jiǎn)便，故障率低，提高了設(shè)備的使用效率；完全取代原機(jī)械擺頻機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，也解決了其他變頻器做擺頻控制還需要增加控制器的麻煩，減少了設(shè)備的投入，不失為一種優(yōu)良的解決方案，具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。[4]