楊 濤，周志遠(yuǎn)

(中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

0 前言

鋁擠壓機(jī)后部處理設(shè)備牽引機(jī)是將擠壓機(jī)擠出的鋁型材牽引并鋸切分離的設(shè)備。由于擠壓機(jī)在擠壓過程中受各種因素的影響，擠壓速度和型材出料速度都在不斷變化。為防止堆料和型材顫紋的出現(xiàn)，牽引機(jī)保持恒轉(zhuǎn)矩牽引擠出的型材至關(guān)重要。

1 變頻器的恒轉(zhuǎn)矩控制和速度控制

擠壓機(jī)在擠壓鋁錠過程中，初期擠壓容室摩擦力較大，制品出料速度較慢，隨著擠壓過程中溫度的提升和單根鋁錠即將擠完，制品出料速度會逐漸加快，如此時(shí)牽引機(jī)牽引制品的速度跟不上擠壓出料的速度，制品就會在模具出口形成堆料，形成廢品。所以，此時(shí)變頻器輸出恒轉(zhuǎn)矩，將擠壓機(jī)擠壓速度的擾動降低，保證了制品的合格率。當(dāng)牽引機(jī)牽引型材達(dá)到需鋸切分離的長度，副牽引機(jī)鋸高速旋轉(zhuǎn)，副牽引機(jī)一邊牽引一邊切割型材，后型材分離由主牽引放料。為節(jié)約時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，此時(shí)牽引機(jī)進(jìn)入速度控制模式，高速行駛至冷床區(qū)放料。在放料過程中，ACS800變頻器以恒定轉(zhuǎn)速帶動牽引機(jī)移動，從而避免了在轉(zhuǎn)矩控制模式下的“飛車”現(xiàn)象，保障了人員和設(shè)備的安全。

2 ACS800變頻器的技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)牽引機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和速度交替控制特點(diǎn)，選用了ABB公司ACS800系列變頻器來控制牽引機(jī)。ACS800系列變頻器是一種性能優(yōu)于矢量控制變頻器的高性能低成本變頻調(diào)速產(chǎn)品。在恒轉(zhuǎn)矩 (T-CTRL)控制模式中，定子磁通和轉(zhuǎn)矩被作為主要的控制變量。高速數(shù)字信號處理器與先進(jìn)的電機(jī)軟件模型相結(jié)合使電機(jī)的狀態(tài)以40000次/s更新，由于電機(jī)狀態(tài)以及實(shí)際值和給定值的比較值被不斷更新，逆變器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是可以單獨(dú)確定的。這意味著其傳動系統(tǒng)可以產(chǎn)生最佳的開關(guān)組合，從而對負(fù)載擾動和瞬時(shí)掉電等動態(tài)變化做出快速響應(yīng)。同時(shí)，變頻器標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)置進(jìn)線電抗器明顯地降低了進(jìn)線電源穩(wěn)壓器的高次諧波含量，大大降低了變頻器的電磁輻射，同時(shí)也保護(hù)整流二極管和濾波電容器免受來自電網(wǎng)的電壓、電流沖擊。

3變頻器控制系統(tǒng)的硬件配置

控制系統(tǒng)PLC選用美國AB公司的CompactLogix系列PLC。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用RSview SE為畫面監(jiān)控軟件。ACS800變頻器通過可選件通訊模塊RDNA和PLC聯(lián)接，采用AB DevicNet網(wǎng)絡(luò)通訊方式，網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 變頻器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Network of control system for frequency converter

基于DevicNet現(xiàn)場總線的全參數(shù)化監(jiān)控通信實(shí)現(xiàn)依托于CompactlLogix系列CPU作為主站從ABB變頻器 (從站)中讀出或向其中寫入數(shù)據(jù)?？刂谱諧W是CompactlLogix系列CPU(主站)通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制傳動單元 (從站)的基本手段，在當(dāng)前控制地設(shè)置為COMM.CW時(shí)，控制字有效。控制字由現(xiàn)場總線控制器發(fā)送給傳動單元，傳動單元根據(jù)控制字的位編碼指示做出相應(yīng)動作來控制牽引機(jī)電機(jī)。狀態(tài)字SW是一個(gè)包含了傳動單元狀態(tài)信息的字，它由傳動單元發(fā)送給現(xiàn)場總線控制器，現(xiàn)場總線控制器再將它取得的狀態(tài)字SW發(fā)送給主站 (CPU)。

4 變頻器主要參數(shù)的設(shè)定

通過傳動的控制字可以實(shí)現(xiàn)對牽引機(jī)電機(jī)的多種控制功能如啟停、故障復(fù)位、速度和轉(zhuǎn)矩的切換及斜坡發(fā)生器的控制等。而通過傳動的狀態(tài)字，可以準(zhǔn)確地了解傳動的報(bào)警、極限等故障信息。ACS800傳動單元和現(xiàn)場總線系統(tǒng)之間是采用數(shù)據(jù)集實(shí)現(xiàn)通訊的。每個(gè)數(shù)據(jù)集包括三個(gè)16位字，其中從現(xiàn)場總線控制器到傳動單元的一個(gè)數(shù)據(jù)集的三個(gè)字分別為:控制字、給定1和給定2。給定1和給定2可以定義為速度和轉(zhuǎn)矩給定，此數(shù)據(jù)集可以控制傳動單元。而從傳動單元到現(xiàn)場總線控制器的一個(gè)數(shù)據(jù)集的三個(gè)字分別為:狀態(tài)字、實(shí)際信號1和實(shí)際信號2。此數(shù)據(jù)集含有傳動單元的實(shí)際信息。

ACS800變頻器可以通過操作面板來設(shè)置傳動單元的基本參數(shù)。主要的參數(shù)設(shè)置如下:

(1)電機(jī)啟動數(shù)據(jù)參數(shù)99.02 T-CTRL

99.05～99.09電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)99.10 ID MAGN電機(jī)辨識

(2)總線適配器模塊及通信參數(shù)98.02 COMM MODULE LINK FIELDBUS

98.07選擇通訊協(xié)議COMM PROFILE ABBdrives(ACS800 only)

(3)外部給定和信號源的選擇

1102 COMM.CW

1103 COMM.REF

1106 COMM.REF

(4)啟停和反向控制

1001 COMM.CW

1002 COMM.CW

1003 REQUEST

(5)只有已選用現(xiàn)場總線適配器模塊并且該模塊被參數(shù)98.02激活后，51組參數(shù)才顯示，如表1所示。

表1 第51組參數(shù)配置Table 1 Parameter arrangement of the 51 group

5 變頻器控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

對于薄壁型材，出料速度很快，傳統(tǒng)的恒速牽引滿足不了此情況下的快節(jié)奏生產(chǎn)，且由于牽引力量不均，容易造成制品顫紋的出現(xiàn)，影響產(chǎn)量。應(yīng)用ACS800交流變頻器可以很好地解決這一問題。型材鋸切分離前，恒轉(zhuǎn)矩牽引，保證了制品的直線度，減少了制品表面的損傷;而在鋸切分離后，高速恒轉(zhuǎn)速放料，減少了生產(chǎn)等待時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也避免了牽引“飛車”現(xiàn)象，使得牽引機(jī)的控制更安全可靠。經(jīng)過兩年多的現(xiàn)場應(yīng)用，使用效果良好。

6 結(jié)語

ACS800交流變頻器用于控制牽引機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度。交流傳動不僅擴(kuò)大了電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍，而且提高了傳動過程中的生產(chǎn)效率。生產(chǎn)過程中精確的轉(zhuǎn)矩和速度交替控制進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，減少了生產(chǎn)的停工時(shí)間。

［1］ ACS800標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序7．x固件手冊 ［Z］．北京:ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司，2006．

［2］ Device Net電纜系列規(guī)劃與安裝手冊 ［Z］．羅克韋爾自動化公司，2004．

［3］ 車萬里，許秀芳，趙勇．大功率薄煤層交流電牽引采煤機(jī)的研制［J］．重型機(jī)械，2011，(6):5－8．