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。

本研究以美國羅克韋爾公司的Power Flex 40P 變頻器為例，對如何運用變頻器內(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)展最快的一種電動機調(diào)速方式，變頻器是利用電力半導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。主電路是給電動機提供調(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，異步電動機需要制動時，有時要附加制動回路，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機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖2 所示，控制電路由以下電路組成 ：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路，電動機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。在圖2 點劃線內(nèi)，無速度檢測電路為開環(huán)控制。在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進行控制，實現(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，傳動橫動導絲器的槽筒電機就不能恒速運行，而要在控制運行頻率的基礎(chǔ)上設(shè)置擾動頻率，使其在幾個設(shè)定頻率之間實現(xiàn)周期性的重復運轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)擺頻功能。圖3 就是以三角波為例預(yù)期達到的目標波形。

圖3 目標波形

3 擺頻功能實現(xiàn)探討

美國羅克韋爾公司的Power Flex 40P 變頻器擁有精確的速度控制和位置控制功能，能夠很好地實現(xiàn)相關(guān)工藝工況對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 個預(yù)置速度和4 個加速/減速斜坡控制參數(shù)，可以通過對8 個預(yù)置速度進行邏輯編程實現(xiàn)步序控制。每個步序可以通過編程，基于數(shù)字輸入狀態(tài)、特定時間來實現(xiàn)。此功能可以實現(xiàn)擺頻控制功能。

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

3.1 速度基準值

通過對參數(shù)P038 可以對速度基準值進行設(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“步序”都可以基于時間、邏輯輸入狀態(tài)或者時間與邏輯輸入狀態(tài)的結(jié)合，確定步序邏輯方式。每個邏輯功能都是由每步邏輯參數(shù)的4 個數(shù)字確定，每個[步序邏輯X]參數(shù)中數(shù)字0～3 都必須根據(jù)需要進行編程，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：進入下一步邏輯

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

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，當條件滿足時，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)

當數(shù)字1 條件滿足時，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

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

3.4 步序邏輯時間

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

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]進行編程。

3.6 參數(shù)設(shè)置

通過對上述參數(shù)進行相關(guān)設(shè)置，可以很好地實現(xiàn)擺頻功能，電機將會按照我們預(yù)設(shè)的運行速度、運行時間和步序邏輯運行。

4 運行結(jié)果

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

圖 5 變頻器運行曲線

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)簡單易維護，操作靈活簡便，故障率低，提高了設(shè)備的使用效率；完全取代原機械擺頻機構(gòu)，簡化了設(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)用推廣價值。[4]