在線纜制造行業(yè)中，許多加工機械的工藝流程都是從放線開始到收線結束，應用最廣泛的就是放線架，而動力放線架是技術含量較高的一種設備。為保證加工品質，在收放線過程中，必須保持線材張力恒定。傳統(tǒng)控制方式是常采用PLC的A/D、D/A模塊，通過讀取張力擺桿電位器的電位來獲得所需求的放線快慢程度，不同軸徑的收線輪對應著不同的PLC的PID內部調節(jié)參數(shù)，如PID設定不合適，容易讓放線輪處于不穩(wěn)定狀態(tài)，造成放線張力不均勻的現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品的品質。

目前，動力放線架，采用變頻器進行張力恒定控制已是行業(yè)發(fā)展的趨勢，一般要求變頻器含有PID調節(jié)的功能，并且PID是可以雙向控制的。目前在行業(yè)應用中，只有少數(shù)的幾個牌子的變頻器可以不加任何輔助配件就可實現(xiàn)這樣的要求，新科瑞電氣正是其中之一。

1 動力放線架的控制方式及工藝要求

放線輪的放線速度取決于收線輪的收線速度，由于收線輪總是有一個起始與減速停止的過程，這樣給放線輪一個不恒定的速度，同時由于收線盤軸徑上的變化，在轉速一定的情況下，線速也是不斷變化的。收線張力的大小直接影響到產(chǎn)品的品質，張力過大，收線過緊，對于小徑線易變形或拉斷內芯；張力過小，收線輪在收線時會在卷芯上產(chǎn)生軸向滑動而錯位，形成收線不整齊。要解決這些問題，這就要求放線輪能根據(jù)張力擺桿的平衡位置對自己的速度進行動態(tài)調節(jié)和修正。

一般來說，對動力放線架的要求有以下幾點：

1、在收放線過程中，保持線材張力恒定;

2、在收線輪速度加快或減慢時，“放線輪”速度需要快速自動跟蹤收線速度，并且保持線速度一致;

3、能根據(jù)收線盤直徑變化，自動調整放線輪速度；

4、當系統(tǒng)穩(wěn)定運行在某個速度時，放線架的張力擺桿要穩(wěn)定；張力擺桿不出現(xiàn)反復擺動；

5、需要有斷線檢測功能；當出現(xiàn)松線和斷線的時候，要求放線輪可以自動反轉；

6、在收線輪速度為0時，張力擺桿要快速停在中點位置上。

收放線架原理圖

2 新科瑞電氣C500L變頻器的特點

（1）易于安裝，設備調試簡單：只須正確調整好張力檢測電位器位置，開機即可自動跟蹤引取的速度，無需其他外部信號控制，直接構成一個獨立的整體，節(jié)約設備成本；

（2）無論大盤、小盤，無論粗線、細線，無論高速、低速，張力始終恒定，只由張力動滑輪的配重確定；

（3）可在張力擺桿的下限位、中點零位或“上限位”等任意位置開機運行；

（4）自動識別收放線的轉速，自動跟蹤收放線的線速度，張力擺桿基本維持在動力收放線架的中點

位置。具有PID的雙向輸出功能，可以輕松實現(xiàn)電機正反轉控制；

（5）多組PID參數(shù)切換功能，輕松應對復雜多變的控制工藝；

（6）采用模塊化設計，功能擴展非常靈活；

（7）主控系統(tǒng)采用32bit高速DSP，集成無PG矢量控制，V/f控制，轉矩控制；

（8）高啟動轉矩：無PG矢量控制模式下，在0.5Hz時，可提供150%的啟動轉矩；

（9）優(yōu)良的魯棒性能，可以確保負載能快速起停；

（10）快速動態(tài)響應：無PG矢量控制模式下，動態(tài)響應時間小于20ms;

（11）快速限流功能：可以快速將電流限制在保護點以內，大大減少過流報警故障概率；

（12）高功率因數(shù)輸出、無功損耗低；

（13）具有故障自動復位、掉電復位功能，保證生產(chǎn)連續(xù)及生產(chǎn)效率；

（14）牢固的EMC設計，內置C3濾波器，有效抑制諧波，降低變頻器運行時對外圍控制回路和傳感器的干擾；

（15）完善的保護功能：過電壓/欠電壓保護、變頻器過熱保護、接地故障保護、短路保護、過流保護、過載保護等。

3 系統(tǒng)控制方案

（1）主回路接線十分簡單，將三相電源接至變頻器輸入R、S、T端，將變頻器輸出U、V、W接至電機的三相端子即可。在接線時需注意端子標識，杜絕誤接或反接。

（2）動力放線架控制系統(tǒng)給變頻器啟停開關量信號，當X1端與COM端閉合，則啟動變頻器，斷開則停止變頻器。

（3）如下（動力放線架接線圖）所示，放線的張力同步控制，是通過系統(tǒng)中張力擺桿的位置變化，使張力電位器輸出電壓信號反饋給變頻器的PID控制系統(tǒng)，即變頻器模擬輸入AI1接擺桿位置反饋信號（0～10V），將期望擺桿穩(wěn)定運行的位置點設定為PID給定值。系統(tǒng)運行過程中始終將反饋信號與給定值做比較，PID控制器根據(jù)其差值自動運算，實時改變變頻器的輸出頻率動態(tài)調節(jié)放線電機的轉速，確保擺桿位置的穩(wěn)定，從實現(xiàn)了恒張力控制的目的。

圖 2 動力放線架接線圖

4 調試

新科瑞電氣C500L型變頻器為拉絲機專用變頻器，與C500標準機型相比，程序部分已經(jīng)針對動力放線架/雙變頻拉絲機的應用特性做了適配，并添加了部分專用功能，用戶在使用時，無需做過多的復雜設置，僅需要根據(jù)實際使用現(xiàn)場做簡單的參配置即可。具體的參數(shù)設置如表1所示：

（1）調試過程：

① 將功能參數(shù)設置好，如控制方式、頻率給定方式，加減速時間等。

② 將擺桿調至“下限位”和“上限位”時，反饋信號最小電壓值作為F5.11參數(shù)設定值，反饋信號最大電壓值作為F5.13參數(shù)設定值；

③ 將擺桿調至中點位置（該位置可調的），調出FU.10（PID反饋）監(jiān)視參數(shù)作為F9.01參數(shù)設定值；

④ 上電運行，如果擺桿調至中點位置動態(tài)響應慢，則增加比例增益，減小積分時間，建議調節(jié)方法為：先增大F9.04比例增益，保證系統(tǒng)不振蕩；然后減小F9.06積分時間。如果啟動速度過快，造成擺桿不穩(wěn)定或者斷線，則需要減少比例增益，增大積分時間。

（2）PID參數(shù)調試指導

① PID參數(shù)設定的一般步驟

確定比例增益P（F9.04）

確定比例增益P吋，首先設置PID的積分（F9.05=0）和微分（F9.06=0），使PID為純比例調節(jié)。由0逐漸加大比例増益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此吋的比例增益P，設定PID的比例增益P為當前值的60%~70%。至此，比例增益P（F9.04）調試完成。

確定積分時間Ti（F9.05）

比例增益P確定后，設定一個較大的積分吋間數(shù)Ti（的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的150%?180%。則積分時間常數(shù)Ti調試完成。

確定微分時間Td（F9.06）

微分時間Td—般不用設定，為0即可。若要設定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。

② PID微調方法

設定PID控制的參數(shù)后，可以用以下的方法進行微調。

抑制超調：發(fā)生超調吋，請縮短微分吋間（Td),延長積分時間（Ti)。詳情見圖 3 說明：

圖 3 PID 抑制超調圖

盡快使其達到穩(wěn)定狀態(tài)：即使發(fā)生超調，但要盡快穩(wěn)定控制時，請縮短積分時間（Ti)，延長微分時間（Td)。詳情見圖 4 說明：

圖 4 穩(wěn)定控制狀態(tài)

抑制周期較長的振動：如果周期性振動的周期比積分時間（Ti）的設定值還要長時，說明積分動作太強，延長積分時間（Ti）則可抑制振動詳情見圖 5 說明：

圖 5 抑制周期較長的振動圖

抑制周期較短的振動：振動周期較短，振動周期與微分時間（Td)的設定值幾乎相同，說明微分動作太強。如縮短微分時間（Td)，則可抑制振動。當將微分時間（Td)設定為0.00(即無微分控制），也無法抑制振動時，請減小比例增益。詳情見圖 6 說明：

圖 6 抑制周期較短的振動圖

5 使用效果

對動力放線架低速放線、加速放線、高速放線、減速放線等過程的測試，均能很好的滿足客戶的要求，得到客戶的一直好評。使用新科瑞電氣C500L拉絲機專用變頻器驅動的動力放線架：調速范圍寬、穩(wěn)態(tài)精度高、加減速快、操作靈活方便、在快速速度跟蹤和松線反向收線兩個方面均表現(xiàn)非常出色，大大提高了動力放線架的放線效率，在節(jié)省企業(yè)成本的同時增加了產(chǎn)品的產(chǎn)量，提高了產(chǎn)品的品質。應用現(xiàn)場圖片如圖 7 所示：

圖 7 變頻器應用現(xiàn)場圖

6 結束語

新科瑞電氣（SINCR）C500L拉絲機專用變頻器在電纜行業(yè)的應用，完美的解決了電線電纜行業(yè)中電動放線架及收線輪的控制問題。優(yōu)化的PID參數(shù)控制功能，調速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快，保護功能全，安裝調試簡單，深受行業(yè)客戶的喜愛。系統(tǒng)省去了價格昂貴的A/D、D/A模擬量轉換模塊及PLC的軟件編程工作，節(jié)省了客戶成本，讓客戶更具競爭力。