ACS580變頻器在化纖裝置調速系統中的應用

中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業部 上海 200540

1 前言

ACS580變頻器是某生產線生產控制系統及調速系統的核心設備。絲束線速度偏差應在1mm/min以內,如果速度控制不當,易引發絲束繞輥,輕則導致全線停車,重則引發安全事故。

該裝置的調速系統流程是:首先由現場觸摸屏發出速度指令到PLC,PLC通過AO卡件將4～20m A的電動機轉速指令傳至變頻器,變頻器改變電機轉速后,將電機轉速通過PROFIBUS-DP通訊的方式,傳送至PLC,PLC再通過以太網通訊的方式,傳送至現場觸摸屏顯示出來。

在調試過程中,發現通過實際測量的絲束線速度的結果、計算出的電動機轉速與現場觸摸屏顯示的實際電動機轉速,三者之間存在差異。而且,理應線速度相同的5臺電動機,彼此之間線速度也存在差異。

2 干擾信號的處理

針對要求相同轉速的變頻器,但實際轉速不同這一問題。通過將5臺變頻器設置25 Hz,變頻器運行后,查看變頻器參數12.11AI1實際值,發現5臺變頻器AI1實際值在14m A到16m A不等,與設定值偏差極大;當變頻器停止運行后,AI1實際值又緩慢變至12m A至14m A;當變頻器斷電重啟不運行時,AI1實際值為11.98m A至12.05m A之間。由此判斷,模擬量電流信號在變頻器運行時,受到了嚴重的干擾。通過加裝隔離柵后,AI1實際值為11.97m A至12.01m A之間。這一措施,極大的減小了要求相同轉速電動機彼此之間的誤差,但仍有近4rpm偏差。

3 額定轉速的修正

針對人工計算絲束的理論線速度與現場觸摸屏顯示出的實際線速度,存在差異這一問題。通過電動機轉速與絲束線速度關系的公式分析得出:絲束線速度誤差的原因,排除羅拉直徑加工的誤差,主要在于電動機轉速。而變頻器由頻率計算而來的顯示轉速,與實際電機轉速存在差異的原因有:

1.電動機轉速數據傳送至現場觸摸屏產生的偏差

2.對電動機額定轉速的取值不同

3.電動機轉速設定值有偏差。

首先,在數據傳輸的過程中,從變頻器到PLC到現場觸摸屏均采用通訊的方式,在無干擾的情況下,應沒有偏差。為判斷數據傳輸與誤差的關系,組態了電動機電流的數據傳輸,結果發現變頻器顯示的電流,與現場觸摸屏顯示值是相同的。所以,數據傳輸不是誤差的來源。

其次,觀察到額定轉速為1380rpm的異步電動機50 Hz時的運行數據,變頻器顯示的轉速為1500rpm,而不是1380rpm。在其他頻率下的轉速,是與1500rpm成比例,而不是與1380rpm成比例。由此,可得出變頻器規定50 Hz對應的轉速為1500rpm。

針對這一問題,解決思路是變頻器的控制量由頻率改為轉速[1]。通過將變頻器的標量模式改為矢量速度模式[2]。這樣變頻器的控制量不再是電動機的頻率,而是電動機的轉速,對于模擬量電流信號的對應關系也相應改變。

經過變頻器設置的變更,顯示速度與理論速度的偏差明顯減小。

4 模擬量信號修正

經過干擾信號的消除、控制方式更改,并且排除了額定轉速的偏差后。發現變頻器控制面板上的設定速度與現場觸摸屏設定轉速之間依然存在0～3rpm的誤差;相同配置的兩臺變頻器、現場觸摸屏設定轉速相同,兩臺變頻器控制面板上的設定轉速相差0～4rpm。

在該車間的調速系統中,設定的電機轉速,通過模擬量電流信號,由硬接線連接到變頻器上,則影響設定轉速的因素有:PLC的AO卡件的信號有偏差,變頻器對于模擬量信號的判定與實際不對應。

針對第一個因素,首先實際測量了5#電動機變頻器端子排上的模擬量電流信號,與PLC卡件上的模擬量電流信號進行對比,兩者相同。當PLC相繼輸出設定345rpm、690rpm、1380rpm時,端子排上測出的模擬量電流信號分別為8.01m A、12.01m A、20m A,存在最大正偏差0.01。通過計算每毫安所對應的轉速,可知0.01m A對應的轉速為0.9375rpm。由此可見,由PLC卡件送出的模擬量電流信號,雖然存在細微的偏差,但最多使單臺變頻器產生+1rpm的偏差,不同變頻器間產生±1rpm的偏差。所以,PLC卡件送出的模擬量電流信號的偏差,不是變頻器產生如此大偏差的根本原因。

針對第二個因素,根據第一點的經驗,推測既然PLC卡件送出的模擬量電流信號,存在細微的偏差,則變頻器可能判定接收到的模擬量電流信號也存在偏差。根據變頻器手冊,參數1211為變頻器接收到的模擬量電流信號的數值。對比PLC AO卡件輸出的4m A及20m A,變頻器對應的值分別為3.99m A和20.01m A。其實際模擬量電流信號與電動機轉速之間的關系,相較理想狀態發生了改變,從而導致了偏差。而且,由于每臺變頻器硬件上的細小差異,導致對模擬量電流信號的采樣、判定各不相同,那么各個變頻器的模擬量電流信號對應的設定轉速的線性關系也完全不同,這就是理應相同設定轉速的電機,實際轉速有差別的原因。

通過將每臺變頻器讀取的4m A及20m A所對應的參數1211AI1實際值,分別設置進參數1217AI1最小值、參數1218

AI1最大值,這樣確保了PLC發出的4m A對應電動機0rpm,20m A對應電動機1380rpm,這樣電動機的速度斜率就符合了要求。通過修改這些設置,現場設備的線速度偏差值已在工藝允許范圍內。

5 結論

經過參數修正后的變頻器已穩定運行多年,期間速度控制平穩,能夠滿足工藝需要。根據該方法設置的新安裝變頻器能與原速度控制系統完全兼容。證明了該方法在此車間及類似生產線上具備實用性。

雖然ABB變頻器在諸多設置上,例如宏的選擇、參數的設置簡化、友好的人機界面等,降低了變頻器的使用難度。但是,各批次變頻器內各類元件的細小差異,導致了使用中的困擾。通過靈活運用ABB變頻器完善的功能,是可以擬補它的缺陷的。