Danfoss inverter applications in tubular stranding machines
摘要：本文介绍了丹佛斯FC300系列变频器，配合MCO305运动控制选件，在管式绞线机上的应用；并简述了开发过程。
关键词：丹佛斯变频器 MCO305 管式绞线机
Abstract: This article introduced Danfoss FC300 series inverter applications in tubular stranding machines with MCO305 motion control option, and its development process.
Keywords: Danfoss Inverter MCO305 Tubular stranding machine
引言：管式绞线机绞线机是一种能广泛应用于各类软/硬导体线(钢绞线、铝绞线及铜绞线等)及电子线（如:电源线、耳机线等）的绞合机械设备，使多根单支导体扭成一股，达到线材的工艺要求。其控制关键在于需要绞笼转速和牵引轮转速保持高度同步。
一、工艺介绍：
6+1型管式绞线机的主要机械结构如下图所示：
其中：
1.绞笼：内部装有放线摇篮，将要扭绞的线盘安装在摇篮上，绞笼转动将这些线缆扭绞在一起，绞笼由绞线电机带动。绞笼由无缝钢管成型，重量可达数吨，工作转速可达500 RPM至750 RPM。
2.牵引轮：在绞笼转动的同时，牵引电机带动牵引轮转动，并且牵引电机需要根据节距（pitch）的设定按照一定的同步系数与绞线电机保持同步。
3.计米装置：扭绞后的线缆穿过计米装置，带动计米轮转动的同时出发计米轮上的接近开关，以实现计米。
二、主要电气部件配置
Danfoss FC301 75kW*1
Danfoss FC302 37kW + MCO305*1
Siemens S7-224XP 扩展8DI、8DO*1
Siemens Smartline1000*1
PLC的PORT1口与两台变频器在一个总线上，采用FC协议进行通信；PORT0则连接西门子的人机屏。其中牵引电机变频器FC302上，安装MCO305选件卡，同时将两个电机的编码器都接到MCO305上。由绞笼电机作为主轴，牵引电机作为从轴与主轴同步运动。
三、开发过程：
1.变频器需要的参数确定：
为了实现高精度的同步控制，两个变频器都必须在1-**参数中正确设置电机的各个参数，并进行完整的AMA（电机自适应）；设定FC301变频器的电机控制方式为速度闭环控制，并选择反馈来源为选件卡上的编码器；除此之外，需要优化的参数还包括：转矩和电流、最高转速的限制，PID控制器的参数，通信参数，发生故障后的处理方式等。
2.同步的实现：
要实现牵引变频器的同步运动，除了完成以上的参数设置外，还需要两个条件：同步命令信号和电子齿轮比。
对于同步命令信号，指定变频器或同步卡上的任意DI口作为同步命令信号口，在Aposs软件中为MCO305编写程序，程序中还包括了手动动作、报警处理等内容。当变频器得到该同步命令信号后，便会开始进入同步运行状态。
对于电子齿轮比，它由变频器的中33-10（Sync Factor Master，电子齿轮比分母）和33-11（Sync Factor Slave，电子齿轮比分子）共同组成。计算公式为：
其中，绞笼转速、节距由操作者给出，牵引轮周长、牵引减速比和绞线减速比取决于机械结构，由以上公式④推导出牵引轮转速并带入公式③，即可求出电子齿轮比分子，在计算的过程中须保证单位统一，计算出的电子齿轮比分子转化为整数并通过FC协议写入FC302的33-11参数。
3. 减速过程：
当检测到机器发生故障或急停按钮被按下时，需要机器以最快速度完成停车，这种情况下同时进行电气制动（制动电阻）和机械制动（气动抱闸）；当产量即将达到是，停车过程为——先通过电气制动将绞笼转速降低至某一设定值，然后再投入机械抱闸。在实际开发中，为了实现最佳的制动效果，需要合理分配电气制动和机械制动所承担的制动工作量，防止制动电阻严重发热使得控制柜内温度过高，也要防止机械制动机构耗损过快。
无论采用何种停机方式，在制动过程牵引轮均要和绞笼保持同步，以防止绞线节距改变或发生断线。
4. 电磁干扰问题：
开发过程中，发生绞线变频器使能后牵引电机乱动的现象，检查发现使能后，来自主轴编码器的反馈脉冲数持续增长，而此时主轴并没有转动。因为本装置变频器功率较大，且都安装在同一个电气柜内，产生了电磁干扰问题。根据现场情况采取相应措施，问题得以解决。
四、程序结构
开机后，首先进行通信和状态的初始化。初始化完成后同时调用工作序列、报警和通信子程序。工作序列中，包含手动和自动两种状态，自动运行又包括机组准备（包括：松开机械抱闸、关闭防护门等动作）和机器运行两个状态。报警程序用于对机器状态进行实时监控，并根据故障情况执行相关动作。通信程序用于PLC和变频器的FC协议通信。
五、结语
现场实际运行过程中，完善的参数设置选项和监控功能保证了设备运行平稳高效。系统调试也十分简单易行，得到客户的一致好评。
参考文献
[1] MCO305 操作说明. MG.34.K1.41. Danfoss
[2] S7-200可编程控制器系统手册. A5E00307992-04. Siemens
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