龔子華

（施耐德電氣（中國）有限公司上海分公司，上海200062）

0 引言

（1）光纖纏繞機(jī)的纏繞部分停止時(shí)，放卷部分不能松光纖；加速時(shí)，放卷部分速度要相應(yīng)提高且不拉斷光纖；減速時(shí)，放卷部分速度要相應(yīng)降低且不過分松開光纖。

（2）根據(jù)測力傳感器、張力傳感器的值來檢測放卷部分變頻器PID的效果。

（3）放卷與纏繞完美匹配，提高光纖纏繞機(jī)的自動(dòng)化水平。

（4）項(xiàng)目利潤微薄，成本控制對客戶來講尤其重要。

……

針對以上問題，本文基于施耐德ATV320變頻器在光纖纏繞機(jī)上的應(yīng)用，提出了設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)過程。

1 ATV320在光纖纏繞機(jī)上的應(yīng)用過程

該光纖纏繞放卷機(jī)為全自動(dòng)化纏繞制，HMI作為上位機(jī)，伺服運(yùn)動(dòng)控制器作為纏繞部分，ATV320作為放卷部分的控制器。伺服纏繞部分給出放卷命令，放卷部分根據(jù)纏繞部分發(fā)出的指令，做出相應(yīng)的放卷動(dòng)作。

1.1 ATV Logic程序編寫

ATV Logic是施耐德調(diào)試變頻器、伺服、軟啟等設(shè)備的編程軟件Somove中的一部分。施耐德的ATV320具備簡易編程功能，且可通過纏繞過程的控制輸出來控制放卷部分的自動(dòng)啟動(dòng)。

（1）客戶提出要求，當(dāng)AI2（0～10 V）大于0.1 V時(shí)，纏繞部分發(fā)出啟動(dòng)命令（DI1），變頻器啟動(dòng)；當(dāng)AI2小于0.1 V時(shí)，變頻器停止。在ATV Logic中首先配置輸入為模擬量Analogic，Parameter選擇AI2。選擇“≥”，并添加一個(gè)NUM塊，點(diǎn)選擇R1，并且將R1A、R1C串入變頻器啟動(dòng)回路。所以搭建Logic，如圖1所示。

圖1 ATV Logic編程圖

（2）將ATV320的R1的觸點(diǎn)置鎖一個(gè)點(diǎn)輸出至RUN指示燈上，系統(tǒng)架構(gòu)圖與原理圖如圖2所示。

1.2 Somove參數(shù)設(shè)置

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖與放卷部分運(yùn)行指示燈

（1）權(quán)限設(shè)置為高級，宏設(shè)置為PID調(diào)節(jié)，設(shè)置好電機(jī)參數(shù)，AI2配置為PID反饋，類型為電壓，范圍為0～10 V。

（2）PID算法及參數(shù)配置：在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器，它具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且在理論上可以證明，PID控制器是一種最優(yōu)控制。其計(jì)算公式如下：

光纖纏繞機(jī)的放卷部分就是應(yīng)用ATV320自帶的PID進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的。PID反饋分配選擇AI2客戶模擬量范圍是0～7.7 V，所以最小值是0，最大值對應(yīng)7 700?？蛻魮u桿在水平位置為3.8 V，內(nèi)部PID給定設(shè)置為3 000，可調(diào)節(jié)，根據(jù)張力的大小，如果偏上則調(diào)小，如果偏下則調(diào)大。此處內(nèi)部PID的意思是中間值，換方向的位置的模擬量對應(yīng)值。參數(shù)配置如圖3所示。

圖3 PID參數(shù)配置

（3）自動(dòng)直流注入，防止纏繞部分停止時(shí)，放卷部分不松光纖，自動(dòng)直流注入停車選擇“連續(xù)”，靜止時(shí)直流注入設(shè)置為0.5 A、時(shí)間1.8 s，意思是電機(jī)未運(yùn)行、纏繞停機(jī)時(shí)，給電機(jī)一個(gè)扭矩，這樣穿光纖時(shí)光纖不至于在卷盤上松掉，再次啟動(dòng)時(shí)直接放卷。

2 應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）ATV320節(jié)能效果：變頻裝置節(jié)能效果好，功率因數(shù)高，電機(jī)能效等級高。

（2）ATV320安裝方式：書本型變頻裝置安裝方便，所需橫向空間小，且功率體積比高，轉(zhuǎn)矩電流比高。

（3）安全性：內(nèi)嵌的安全功能使其完全滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械安全不需要更多的外部設(shè)備，從而降低了成本。

（4）運(yùn)行精度：變頻運(yùn)行精度高，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，速度是由輸出頻率限定的，當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速不變，當(dāng)纏繞加減速時(shí)，可從容跟隨纏繞部分的速度；全過程的張力檢測與控制，確保了纏繞、放卷應(yīng)力的一致性。

（5）準(zhǔn)確放卷，自動(dòng)直流注入，有效地防止了卷盤過分松弛或者拉斷光纖等現(xiàn)象。

（6）進(jìn)行模糊PID控制器的設(shè)計(jì)就是要確定其輸入變量和輸出變量，模糊控制器輸入輸出量均為確定量，進(jìn)行模糊推理需要模糊量，所以必須進(jìn)行確定量和模糊量的相互轉(zhuǎn)換。

（7）維護(hù)費(fèi)用：變頻調(diào)速維護(hù)費(fèi)用低，無人為干涉或人為干涉較少，在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)無消耗品。

3 結(jié)語

目前國內(nèi)外變頻器要么就是成本高，要么就是PID效果不好或者不具備簡易編程功能。自動(dòng)化水平、穩(wěn)定性和控制精度是光纖纏繞機(jī)的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)，而影響這幾個(gè)指標(biāo)的關(guān)鍵因素就是變頻器的PID效果，ATV320的PID效果滿足客戶機(jī)型的要求，就目前的觀察來看故障率也低，故已在客戶端批量使用。

[1]天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[1]施耐德電氣（中國）有限公司.ATV320同步與異步電機(jī)變頻器編程手冊[Z]，2016.

[3]施耐德電氣（中國）有限公司.ATV320同步與異步電機(jī)變頻器硬件手冊[Z]，2016.

[4]王兆宇.施耐德電氣變頻器原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.