西門子G120變頻器實現(xiàn)塑料板鏈的同步運行

承德華遠自動化設備有限公司 蔡俊英

1.塑料板鏈的組成及簡單描述

板鏈設置：在驅(qū)動電機后第一與第二托輥間設置懸垂段（跨距較普通支撐輥間距大）；線體出口側(cè)設置驅(qū)動電機；線體入口側(cè)設置張緊電機。

驅(qū)動電機：帶抱閘、編碼器，速度控制。運行時力矩與輸出轉(zhuǎn)速方向同向。

張緊電機：恒力矩控制，力矩范圍在最大張緊力矩（參考項目計算書）范圍內(nèi)調(diào)試。也有部分客戶使用速度差控制實現(xiàn)。運行時，力矩與實際運行方向相反（兩電機在板鏈工作面施加張緊力）。

啟動順序：先啟動驅(qū)動電機（同時打開抱閘），延時1.5-2秒啟動張緊電機。

停機順序：張緊電機停車（斷電狀態(tài)），延時1.5-2秒驅(qū)動電機停車（同時抱閘制動）。

2.塑料板鏈廠家推薦應用描述

塑料板鏈單元是由主驅(qū)動拖動的，張緊驅(qū)動作為負載，這樣的話，運輸板帶永遠是繃緊的。張緊驅(qū)動的應用壓力必須選擇適當，以使作用在板帶上的力和板帶的震動都降到最小。

兩個驅(qū)動都要求帶有制動器抱閘，分布在不同的控制柜內(nèi)，通過現(xiàn)場總線連接，因此，張緊驅(qū)動的再生能量減少主驅(qū)動的能源消耗。

張緊驅(qū)動的簡單變化不需要編碼器。因此不需要編程，很多客戶不接受這種方式。

驅(qū)動的速度控制（帶有電機編碼器）通過SEW的系統(tǒng)總線（SBus）將其實際速度以負信號的方式傳送給張緊驅(qū)動 →主從控制

為了產(chǎn)生制動張緊力，驅(qū)動必須工作在再生狀態(tài)。這意味著使用的同步電機必須工作在第二或第四象限。

在第四象限的工作模式稱為“超同步制動”，第二象限的工作模式稱為“逆流制動”。

逆流制動

超同步制動

Mk：分解力矩

Mw：反向力矩

n：實際速度

nd1：張緊驅(qū)動的機械速度

nd2：張緊驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)區(qū)域速度（定性描述）

兩種操作模式的主要不同點

第二象限逆流制動第四象限超同步制動在驅(qū)動啟動過程中的張緊力矩可調(diào)，具有弱磁和電流限幅?？烧{(diào)節(jié)為一個幾乎不變的張緊力矩，這在操作中是可以實現(xiàn)的張緊驅(qū)動的張緊力矩可由速度設定值來調(diào)節(jié)。因此在操作中改變張緊力矩是可以實現(xiàn)的。因為張緊力矩的機械振幅也是震蕩的。張緊力矩幾乎不變并依賴于張緊電機的機械速度如果速度不是恒定的話，張緊力矩依賴于速度，并且是波動的。張緊力矩根據(jù)主驅(qū)動和張緊驅(qū)動之間速度設定值的差異是可調(diào)的。

3.塑料板鏈調(diào)試

(1)標準調(diào)試思路：知道驅(qū)動電機、制動電機配置參數(shù)，驅(qū)動電機軸端鏈輪直徑、驅(qū)動軸上鏈輪直徑，制動電機端鏈輪直徑、制動軸上鏈輪直徑，生產(chǎn)節(jié)拍，工位間距，根據(jù)電機的參數(shù)和下面的公式計算出相應節(jié)拍下的電機的理論頻率值。

電機頻率設定的理論值計算如下：設定的節(jié)拍=J（JPH）,節(jié)距L=6m,由此得出：單節(jié)拍所用時間 t=3600/J（JPH）秒，板鏈的速度L/t=L* J（JPH）/3600米/秒，驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速V驅(qū)動= 60*L J（JPH）/（3600*3.14*D驅(qū)動輪直徑）轉(zhuǎn)/分，電機轉(zhuǎn)速：V電機= 157*V1*R減速機鏈輪半徑/R驅(qū)動鏈輪半徑，再根據(jù)電機銘牌參數(shù)，50Hz頻率運行下的額定轉(zhuǎn)速，理論上可以計算出：電機頻率：f=50* V電機/n 赫茲。

驅(qū)動端和張緊端的主軸轉(zhuǎn)速的計算：根據(jù)編碼器來測定主軸的轉(zhuǎn)速。即在規(guī)定的時間間隔內(nèi)Tg內(nèi)，測量所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來獲得被測速度值，若編碼器每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)P，且在規(guī)定的時間Tg內(nèi)，測得的脈沖數(shù)為m1，則電機每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)：

n=60* m1/（P*Tg）轉(zhuǎn)/分。

張緊電機的控制方法：主驅(qū)單位時間內(nèi)板鏈出鏈長度ΔL1，張緊端單位時間內(nèi)進鏈長度ΔL2，若ΔL1＞ΔL2，張緊電機的轉(zhuǎn)速小于主驅(qū)電機的轉(zhuǎn)速，所以：F主驅(qū)電機拉力=f上層板鏈摩擦力+F板鏈張緊力，F(xiàn)張緊電機= F板鏈張緊力+ f下層板鏈摩擦力=9549P/n*r=9549I2R/ n*r，F(xiàn)板鏈張緊力增大，所以張緊電機的電流增大。若ΔL1＜ΔL2，張緊電機的轉(zhuǎn)速大于主驅(qū)電機的轉(zhuǎn)速，所以：F張緊電機= F + f下層板鏈摩擦力=9549P/n*r=9549I2R/ n*r，F(xiàn)增大，所以張緊電機的電流增大。

預設問題調(diào)整建議：

出現(xiàn)爬行：1）檢查板鏈支撐面、懸垂、回程支撐；2）調(diào)整兩個電機的控制方式；3）在張緊最大力矩范圍內(nèi)調(diào)整張緊力；

出現(xiàn)跳齒：1）支撐板端部相對鏈輪水平或垂直位置設計不合理；2）鏈輪上板鏈包角不足，包角需在180-190度間；3）鏈輪與板鏈嚙合不良；4）鏈輪或板鏈底部有異物或形變，致板鏈在鏈輪上被頂出；5）定位環(huán)位置不合理；6）板鏈或鏈輪過度磨損。

(2)實際方案設計：選用簡單配置，即主副驅(qū)動全部選用西門子G120變頻器，主驅(qū)選用無編碼器的矢量控制，張緊驅(qū)動選用轉(zhuǎn)速控制，轉(zhuǎn)矩限幅模式。張緊驅(qū)動轉(zhuǎn)矩限幅設置為主驅(qū)實時轉(zhuǎn)矩的10%～15%之間，根據(jù)實際情況調(diào)整。

(3)變頻器調(diào)試，設置IP地址連接變頻器（在線），進行快速調(diào)試；

有兩種方式：一種是在STARTER軟件中設置，一種是直接在Portal軟件中設置。

3.1 在STARTER中進行設置，配合Portal軟件完成設置。

3.1.1 輸入目標站的IP地址（Input target station ip address）：

在STARTER中搜索主驅(qū)和張緊電機的地址（PC/PG選擇物理網(wǎng)卡TCPIP通訊）

點擊“update”按鈕

PN通訊時PLC硬件組態(tài)的IP地址或者設備名稱必須與變頻器一致，并且不能重復。

勾選需要設定的設備，右擊在彈出的窗口中可以設定IP地址及設備名稱：

設定完成后Assign name按鈕。

3.1.2 將主驅(qū)和張緊的參數(shù)上載到電腦中。

3.1.4 將主驅(qū)動的報文改為PZD改為2/6 報文。

Communication->Field BUS 雙擊打開，下拉菜單選擇報文，如下圖所示。

3.1.5 將張緊電機報文PZD改為4/4 報文，參數(shù)P1552 ，P1554設定轉(zhuǎn)矩上下限的百分比。

3.1.6 在Starter專家列表中修改p2003。

將P2003的值修改為電機額定的輸出轉(zhuǎn)矩值。

3.1.7 將Starter中設置的參數(shù)保存并且下載到變頻器中，注意一定要執(zhí)行Copy RAM to ROM操作，保存參數(shù)，否則一些參數(shù)斷電不保存。

3.1.8 在TIA Portal中打開程序，PLC硬件組態(tài)的IP地址及設備名稱必須與STARTER中變頻器的設置一致。

3.1.9 將主驅(qū)電機報文改為PZD 2/6，將張緊電機報文改為PZD4/4。

3.1.10 在程序中讀取主驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩值MD420里。

3.1.11在程序中將通過計算自己調(diào)整系數(shù)輸出到副驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩值里輸出PQW246。

3.1.12 張緊電機采用速度控制轉(zhuǎn)矩限幅，設定張緊機反向或者比主驅(qū)動電機速度慢一些，達到速度環(huán)飽和，限幅值起作用。

4.總結(jié)

將主驅(qū)電機報文設置為2/6，張緊電機報文設置為4/4，這樣就可以讀出主驅(qū)動輸出的實時力矩值，在程序中處理，乘以主驅(qū)減速機的變比系數(shù)，乘以10%，再除以張緊減速機的變比系數(shù)再傳輸至張緊電機的力矩上下限設定值中。具體系數(shù)根據(jù)情況做調(diào)整。

[1]《SINAMICS G120變頻控制協(xié)調(diào)實用手冊》機械工業(yè)出版社.