一、前言

　　雙變頻伸線機為電線電纜的主要加工設備，它的加工對象主要為金屬銅、鋁、以及銅包鋁等。簡單工作流程：通過主拉電機，控制機械機構傳動內導輪，牽引金屬線經過多道拉絲模，逐級牽伸，達到產品目標直徑規格。為保證產品質量，通過張力桿動態平衡，達到調節絲線直徑均勻的目的。保證張力桿的平衡，是保證線徑均勻，保證好的產品質量的先決條件，而張力桿的平衡穩定度，完全由卷繞電機的速度決定，為了實現其動態平衡和穩定，卷繞電機速度控制使用簡單的開環控制和普通PID調節是遠遠達不到要求的。因此，現有市場上針對此，有不同的控制方案：

1、使用PID控制板：PID控制板有不同的應用形式，部分國產甚至國外的變頻廠家，在早期為推廣使用其變頻器，專門制作了PID反饋板，在應用時，由于作為一個變頻器的附屬產品，通用性較差。而部分拉絲廠家工程師在深入研究了拉絲機的各項性能和功能后，也有推出針對拉絲設備的PID控制板，很多方案甚至使用人性化界面設計，此類控制方案通用性較強，也應用較廣，但是控制板的電子元器件參數調試不夠方便，為達到調節穩定度的目的，必須讓直接客戶在使用過程中不斷進行參數修正以優化性能。而部分硬件實現的PID控制板由于電子元器件隨溫度等外界環境的變化而變化，導致PID參數變化，需要隨時維護。

2、使用外部PLC控制：這種方式的控制多見于部分大型拉絲機制造廠家，PID算法與PLC內部集成，穩定性比較好，也比較可靠，但是PLC的應用增加了系統本身的造價和成本，在綜合考慮成本和性能上面，此方案的選擇并非比較佳選擇。

3、使用單片機控制系統：單片機系統可做到控制的人性化，將系統PID功能集成于MCU的軟件里面，通過友好人機界面，實現拉絲設備方便操作，方便維護，但是此種方案涉及到比較復雜的軟硬件開發，而且開發周期較長，難以推廣。

4、使用拉絲機專用卷繞變頻器。拉絲機專用變頻器的較早出現于國外和我國的臺灣地區，將卷繞功能的前饋PID集成于變頻器的軟件算法，通過優化專用的參數設置，便可實現穩定可靠的運行。這種方式是市場上應用比較廣，也是比較值得推廣的方案，但是此種方案的國產專用變頻器在早期的推廣遇到了不小的阻礙，主要是由于產品本身的性能和穩定性達不到部分現場的要求，部分客戶暫時難以接受。隨著國產變頻器的應用逐步深入高端場合，其穩定性和使用性能也被已經完全被市場接受，加上國產變頻器的服務到位，較之國外廠家有不小的優勢，也使國產變頻器的市場份額越來越大，使用越來越廣。

二、四方E380產品功能特點：

　　E380系列變頻器是四方電氣技術有限公司于2007年年初推出的集成型產品，在E350系列的基礎上，改進完善了硬件和軟件設計，集成了多種專用功能，針對拉絲機行業，E380改進了PID設計，通過算法融入主拉機頻率的前饋PID設計，實現了主機和卷繞的穩定同步，達到收線張力的動態平衡。針對客戶現場模擬量信號的誤差較大以及電壓模擬量抗干擾性差的特點，E380系列拉絲專用功能獨特RS485數字通訊進行聯動控制的方式，在很大程度上克服了模擬信號傳輸的缺陷。

E380系列拉絲專用軟件特點：

1、 內置前饋PID功能，無需外部PLC，MCU控制系統，PID控制板。

2、 自適應PID參數調整，變頻器自動優化PID參數調節性能。

3、 簡單易懂的拉絲專用參數組，大大減少客戶調試時間和難度。

4、 轉速檢測和顯示，線長計長設定、檢測、顯示等功能，可節省客戶轉速顯示表，計米表等設備成本。

5、 多種斷線檢測和報警方式，避免出現意外情況下的事態擴大。

6、 RS485聯動控制，且可隨意調節的聯動比例，增加了聯動信號的精度，更易于實現張力桿的穩定控制。

7、 集成化的軟件設計，模塊化軟件設計，可切換到通用模式。

三、拉絲機系統實現方案：

方案1：四方E380變頻器為主拉驅動和卷繞驅動，主拉與卷繞的頻率信號通過RS485聯動。

方案2：使用東元7200系列做主拉變頻器，通過四方E380拉絲專用變頻器替代PID控制板。主拉與卷繞通過主機（東元變頻器）模擬信號輸出，卷繞（四方變頻器）模擬信號讀取進行頻率同步。

四、方案介紹：

下面，將此兩種方案逐一進行詳細介紹。

方案一　四方變頻器聯動控制方案

一、系統控制簡圖：二、外部元器件功能說明：

三、功能描述和實現方法：

1、主機點動獨立控制

　　初次穿線或者在由于偶然因素導致斷線時，需要單獨控制主拉機牽引滑輪運轉，此時應避免啟動卷繞機。

　　實現方法：通過多功能端子X1實現主機點動輸入，點動頻率不同步可通過參數設置。

　　主機參數設置：F3.0=6，F9.3=*1*1。

2、卷繞機的啟動控制

　　卷繞電機的運行應與主機保持同步，但是啟動過程為了保持啟動平滑，可通過RS485通訊，使卷繞機在主機運行到一定頻率后開始執行卷繞操作。使用四方專用卷繞功能，不需要給出單獨的啟動控制指令，而可通過主機RS485通訊控制，只需要設定從機的起始頻率。

　　卷繞機參數設置：F8.1=2。

3、主從頻率聯動

　　主機與從機的頻率存在一定的對應關系，四方變頻器可以自適應地尋找主從頻率對應比，但合理的設置主從聯動比例和機械傳動比，可以使拉絲機較快進入穩定狀態。使用RS485通訊，實現主機與從機的頻率信號信息互享，從機根據主機的當前頻率，根據其自動搜尋的頻率比，確定前饋PID的基頻。

　　主機參數設定：F9.0=0014，F9.3=1111，F9.5=1.0。

　　從機參數設定：F9.0=0014，F0.1=2。

　　注意事項：主機必須以輸出頻率做為同步頻率源，不能以設定頻率作為頻率源，否則會導致前饋PID算法誤差較大，而出現卷繞平衡桿不穩定。

4、主機速度頻率給定。

　　主拉變頻器的速度，決定了整個拉絲機系統的工作效率，為方便現場操作，主機變頻器頻率設定通過外接電位器實現。系統上限頻率80Hz，通過VC2模擬輸入，調節電位器，實現0－80Hz的范圍調頻。

　　主機參數設定：F0.1=5，F0.8=80，F2.2=0，F2.3=10，F2.8=0，F2.9=80，F0.10=50，F0.11=50。

　　注意事項：為保證效率，主機的上限頻率設置到80Hz，但主機的加減速時間不宜過短，需要設定在40S－100S。

5、排線機啟動控制：

　　排線機是為了均勻整齊將金屬絲排繞的目的而使用，在卷繞速度一定時，也必須保證排線機的速度均勻，現有的排線機一般都通過工頻電機驅動，需要注意的只是在卷繞機啟動后，及時啟動排線機，本系統中，使用集電極端子OC1輸出，當卷繞從機高于2Hz時，驅動輔助繼電器實現。

　　卷繞機參數設定：F3.6=2，F3.10=2，F3.11=0.1。

6、卷繞機的張力反饋：

　　張力桿的穩定度是衡量產品質量的依據。如果張力桿不穩定，產品的線徑均勻度不夠，將嚴重影響產品品質。與大部分系統相似，通過張力桿帶動一高精度電位器，電位器的反饋信號反應了擺桿的位置，通過變頻器的5V電平輸出供應電源，反饋輸入接入VC1。

　　卷繞機參數設定：F0.0=0001，F2.0=0，F2.1=5，F7.0=0，F7.1=0021，F8.11=50。

　　注意事項：并非每個現場的平衡位置都位于中心點，為方便確定平衡點，四方卷繞機專用變頻器可通過監控D-9監測當前擺桿位置，可在調試前確定平衡位置后，再相應設定參數值。

7、線速度檢測功能，計米功能實現

　　卷繞機的線速度檢測一般通過導輪的接近開關實現，通過檢測接近開關的輸入頻率，實現計米功能和自動計長功能。四方卷繞專用變頻器的頻率速度檢測可以低之1Hz以內，完全達到系統精度需求。

　　卷繞機參數設定：F8.8=4，F2.6=0，F2.7=0.2。

　　注意事項：卷繞機的線速度是對應的比較大線速度需要根據導輪的半徑具體計算。當導輪轉動一圈，接近開關輸出一個脈沖時的計算方法如下：F8.9=2*（3.14）*R*（F2.7）*1000，其中R為導輪的半徑，單位為m，F8.9的單位為m/S。

8、斷線故障檢測以及抱閘信號輸出

　　斷線檢測功能是為了系統及時發現故障，及時停機檢測，一般采用接近開關信號輸入檢測，為了防止誤檢測，從機需要正確設定下列參數：

　　參數設定：F8.12=1，F8.13=10，F8.14=20，F8.15=2，F8.16=1,F8.17=1，F8.18=7，F8.20=7S，F3.7=21。

　　當變頻器斷線檢測功能在從機高于10Hz，延時2秒以后，且擺桿位置低于20％時間1秒以上有效。當卷繞機檢測到斷線故障時，需要及時輸出抱閘信號到機械系統，實現緊急停車，此時變頻器自由停車，使用OC2信號輸出功能。

9、卷繞機停機參數設定：

　　卷繞機在停機過程中，當頻率較低時候，反饋系統較容易不穩定，為了保證停機時避免較大的張力桿擺幅而造成斷線，一般在低于一定頻率時候，對卷繞機采用直流制動停機方案。

　　參數設定：F8.19=1.5Hz，F8.20=7。

10、平滑啟動功能：

卷繞機在啟動時，由于算法中預先給定了前饋頻率，容易造成啟動速度沖擊而使張力桿不穩定。四方E380拉絲專用變頻器優化了啟動過程的算法，通過參數F8.0合適的設置，可以達到平穩啟動，起停基本不斷線的功能。

四、參數表：

四方變頻器主機參考參數設置表：

四方變頻器從機對應參數表：

五、調試注意事項說明

1、擺桿反饋位置調試：

　　四方變頻器啟動過程不需要人為參與，因此，啟動初始時，需保證擺桿位置反饋值穩定且低于設定平衡點。通過監測參數d-9，調節參數F2.2,F2.3實現（即保證擺桿比較低位置d-9=0,擺桿比較高位置d-9=100，擺桿平衡位置d-9=50）。

2、 啟動停機過程調試：

　　四方變頻器使用獨特的啟動算法，比較大限度保持卷繞機擺桿啟動過程的平穩，實現啟停不斷線。影響起停的關鍵的參數有：（1）主機的加減速時間。主機加減速時間越長，從機頻率跟蹤沖擊越小，則啟停穩定度越好，一般推薦使用50S以上。（2）從機的加減速時間。從機加減速時間相關的有加減速時間1和加減速時間4，其中加減速時間1為變頻器的輸出頻率加減速，加減速時間4為前饋PID的PID環輸出加減速時間。為了保證變頻器啟動停機以及平穩運行時的快速響應，在保證變頻器無故障輸出時，應該盡量減少此兩個加減速時間。（3）啟動平滑時間。平滑時間是指啟動過程中擺桿被拉起的時間，時間越長，擺桿啟動平穩度越好，擺桿超調越小;時間越短，擺桿啟動越快，可能導致的超調越大，甚至導致斷線，需要折中選擇。（4）聯動設定比。四方變頻器具有自動識別聯動比例功能，但在第一次使用時，如果沒有正確設置聯動比例，則可能出現啟停不穩定的情況。可以通過人為調節正確的聯動比例實現啟動停機穩定，也可以通過第一次啟動，使變頻器自動識別穩定參數，在后續運行過程，均可以保證變頻器穩定啟停。

3、 擺桿平穩度調試：

　　擺桿的平穩度是檢驗變頻器控制性能的標準，四方變頻器使用的是前饋PID功能算法，比較大限度保證了擺桿平穩運行。四方變頻器可以選擇單一參數組，也可以選擇根據運行頻率實際自動調節PID參數組。以下論述PID參數組基本調試方法：

（1）比例增益：比例增益影響PID環節的快速響應。當擺桿在啟停或者穩定運行時出現較大超調時，可適當增加此參數值。

（2）積分時間：積分時間常數使保證PID環節穩定的關鍵參數，增加積分時間，可以減少在穩定運行時的擺桿振幅。過大的積分時間常數容易形成擺桿的大幅超調。

（3）微分時間：微分時間常數可使PID環節做出預先判斷，抑制擺桿超調，但是此參數值設置過大，容易出現振蕩。

六、調試過程問題解決：

調試過程中容易出現問題如下：

1、啟動斷線：

　　如是第一次上電啟動出現斷線，可能是機械傳動比或者主機和從機頻率比例設置不夠合理，導致變頻器算法誤判正確的機械或主從頻率比，此種狀況在第二次試機時可消除，四方專用模塊可在第一次啟動過程中正確檢測合理傳動比。

　　如非第一次啟動斷線，擺桿被拉升到高位斷線，此種情況可能由于主機的加減時間過短，或卷繞從機加減速過大，導致頻率跟蹤和算法頻率響應過慢，此時適當增加主機的加減速時間，在變頻器不出現故障的情況下減小從機的加減速時間。一般推介主機加減速時間大于50S，從機加減速時間小于3S。

2、快速啟動過程以及提高擺桿穩定度：

　　四方變頻器在啟動過程中使用了獨特的算法，啟動振幅大，可能由于主機加減速時間過短，導致主機的輸出頻率變化過快，而使從機頻率跟蹤速度不穩定，比較終導致擺桿穩定度不夠。同時此情況可能與啟動增益參數有關，延長啟動增益時間，可以提高啟動過程的擺桿穩定度。從機開始啟動后，系統要求必須快速爬升到擺桿的平衡位置，此過程時間在3S左右，通過降低起始動作頻率減少此過程時間，同時啟動增益延時可適當減少。

3、手動擺桿到目標位置，從機啟動過慢：

　　很多客戶原來使用其他品牌變頻器或者PID控制板，由于啟動過程不夠穩定，習慣將擺桿預先放置在目標位置，四方變頻器的獨特算法，可以不需要人為參與，因每次啟動過程均為參數的自校正過程，人為參與會導致參數的自校正錯誤，而使擺桿啟動速度過慢。

4、擺桿在拉絲過程中，出現振幅較大，或者出現振蕩斷線情況：

　　合理的PID參數和四方前饋PID算法完全能夠保證擺桿的穩定度，但是如果隨頻率的變化，固定的PID參數可能不夠適用當前運行頻率時，可能會出現振幅過大或者出現振幅過大導致的斷線。此時有兩個解決辦法，第一是PID參數的設置根據運行頻率，當高頻時使用第一組參數，低頻時使用第二組參數，中間過程斜率變化，具體參數可以參考從機參數表。第二是適當降低當前PID控制器的微分參數。微分參數在保證擺桿穩定度時，也增加了系統的不穩定性，適當減少此參數，可大大增加系統的穩定度。

七、拉絲專用監控參數及說明：

方案二　四方E380變頻器與東元變頻器細拉機上的聯動應用

一、系統概述

　伸線動力： 東元7200MA－4T0037變頻器

　收卷動力： 四方E380－4T0022拉絲專用變頻器

　進線徑： ф0.5

　　出線徑： ф0.06

　　張力反饋方式： 360度高精度旋轉電位器，重力式擺桿反饋。

　　模數：22

二、拉絲伸線機系統實現：

1、外圍器件功能說明：

2、主機接線功能說明：

3、從機接線功能說明：

三、控制功能簡述

　　除與方案一中部分需要注意的事項外，使用與東元變頻器聯動方案還需要注意以下幾點：

1、主機點動信號與主機控制從機啟動

　　為了確保主機的點動獨立，從機的啟動在主機啟動后執行，方案中使用主機的集電極輸出作為控制從機的啟動信號，需要設定主機的點動頻率低于DO1的頻率檢出對應頻率。

2、主機與從機的故障復位

　　在運行中，如從機出現故障，通過主機的DI3端口檢測，使主機做出對應的處理，當故障排除后，可通過S4開關進行手動復位，S4的復位是同時對主機和從機進行復位。

3、主機和從機的同步控制

　　主拉變頻器輸出頻率決定了整個拉絲機械的工作效率，同時也為卷繞機的PID環節提供前饋頻率信號，從而使卷繞變頻器的PID功能輸出穩定，保證擺桿的穩定運行。主機 通過類比輸出AO1，輸入到從機VC2模擬信號輸入端。

附錄1：東元變頻器主機主要參數表：

主機參數參考表及簡單說明：

附錄2：四方變頻器從機對應參數表：

從機參數參考表及簡單說明：