ACS580變頻器在化纖裝置調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業(yè)部 上海 200540

1 前言

ACS580變頻器是某生產(chǎn)線生產(chǎn)控制系統(tǒng)及調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備。絲束線速度偏差應(yīng)在1mm/min以內(nèi),如果速度控制不當(dāng),易引發(fā)絲束繞輥,輕則導(dǎo)致全線停車,重則引發(fā)安全事故。

該裝置的調(diào)速系統(tǒng)流程是:首先由現(xiàn)場觸摸屏發(fā)出速度指令到PLC,PLC通過AO卡件將4～20m A的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速指令傳至變頻器,變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速后,將電機(jī)轉(zhuǎn)速通過PROFIBUS-DP通訊的方式,傳送至PLC,PLC再通過以太網(wǎng)通訊的方式,傳送至現(xiàn)場觸摸屏顯示出來。

在調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)通過實(shí)際測量的絲束線速度的結(jié)果、計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與現(xiàn)場觸摸屏顯示的實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,三者之間存在差異。而且,理應(yīng)線速度相同的5臺(tái)電動(dòng)機(jī),彼此之間線速度也存在差異。

2 干擾信號(hào)的處理

針對要求相同轉(zhuǎn)速的變頻器,但實(shí)際轉(zhuǎn)速不同這一問題。通過將5臺(tái)變頻器設(shè)置25 Hz,變頻器運(yùn)行后,查看變頻器參數(shù)12.11AI1實(shí)際值,發(fā)現(xiàn)5臺(tái)變頻器AI1實(shí)際值在14m A到16m A不等,與設(shè)定值偏差極大;當(dāng)變頻器停止運(yùn)行后,AI1實(shí)際值又緩慢變至12m A至14m A;當(dāng)變頻器斷電重啟不運(yùn)行時(shí),AI1實(shí)際值為11.98m A至12.05m A之間。由此判斷,模擬量電流信號(hào)在變頻器運(yùn)行時(shí),受到了嚴(yán)重的干擾。通過加裝隔離柵后,AI1實(shí)際值為11.97m A至12.01m A之間。這一措施,極大的減小了要求相同轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)彼此之間的誤差,但仍有近4rpm偏差。

3 額定轉(zhuǎn)速的修正

針對人工計(jì)算絲束的理論線速度與現(xiàn)場觸摸屏顯示出的實(shí)際線速度,存在差異這一問題。通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與絲束線速度關(guān)系的公式分析得出:絲束線速度誤差的原因,排除羅拉直徑加工的誤差,主要在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。而變頻器由頻率計(jì)算而來的顯示轉(zhuǎn)速,與實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速存在差異的原因有:

1.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)傳送至現(xiàn)場觸摸屏產(chǎn)生的偏差

2.對電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的取值不同

3.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值有偏差。

首先,在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中,從變頻器到PLC到現(xiàn)場觸摸屏均采用通訊的方式,在無干擾的情況下,應(yīng)沒有偏差。為判斷數(shù)據(jù)傳輸與誤差的關(guān)系,組態(tài)了電動(dòng)機(jī)電流的數(shù)據(jù)傳輸,結(jié)果發(fā)現(xiàn)變頻器顯示的電流,與現(xiàn)場觸摸屏顯示值是相同的。所以,數(shù)據(jù)傳輸不是誤差的來源。

其次,觀察到額定轉(zhuǎn)速為1380rpm的異步電動(dòng)機(jī)50 Hz時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù),變頻器顯示的轉(zhuǎn)速為1500rpm,而不是1380rpm。在其他頻率下的轉(zhuǎn)速,是與1500rpm成比例,而不是與1380rpm成比例。由此,可得出變頻器規(guī)定50 Hz對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1500rpm。

針對這一問題,解決思路是變頻器的控制量由頻率改為轉(zhuǎn)速[1]。通過將變頻器的標(biāo)量模式改為矢量速度模式[2]。這樣變頻器的控制量不再是電動(dòng)機(jī)的頻率,而是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,對于模擬量電流信號(hào)的對應(yīng)關(guān)系也相應(yīng)改變。

經(jīng)過變頻器設(shè)置的變更,顯示速度與理論速度的偏差明顯減小。

4 模擬量信號(hào)修正

經(jīng)過干擾信號(hào)的消除、控制方式更改,并且排除了額定轉(zhuǎn)速的偏差后。發(fā)現(xiàn)變頻器控制面板上的設(shè)定速度與現(xiàn)場觸摸屏設(shè)定轉(zhuǎn)速之間依然存在0～3rpm的誤差;相同配置的兩臺(tái)變頻器、現(xiàn)場觸摸屏設(shè)定轉(zhuǎn)速相同,兩臺(tái)變頻器控制面板上的設(shè)定轉(zhuǎn)速相差0～4rpm。

在該車間的調(diào)速系統(tǒng)中,設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速,通過模擬量電流信號(hào),由硬接線連接到變頻器上,則影響設(shè)定轉(zhuǎn)速的因素有:PLC的AO卡件的信號(hào)有偏差,變頻器對于模擬量信號(hào)的判定與實(shí)際不對應(yīng)。

針對第一個(gè)因素,首先實(shí)際測量了5#電動(dòng)機(jī)變頻器端子排上的模擬量電流信號(hào),與PLC卡件上的模擬量電流信號(hào)進(jìn)行對比,兩者相同。當(dāng)PLC相繼輸出設(shè)定345rpm、690rpm、1380rpm時(shí),端子排上測出的模擬量電流信號(hào)分別為8.01m A、12.01m A、20m A,存在最大正偏差0.01。通過計(jì)算每毫安所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速,可知0.01m A對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為0.9375rpm。由此可見,由PLC卡件送出的模擬量電流信號(hào),雖然存在細(xì)微的偏差,但最多使單臺(tái)變頻器產(chǎn)生+1rpm的偏差,不同變頻器間產(chǎn)生±1rpm的偏差。所以,PLC卡件送出的模擬量電流信號(hào)的偏差,不是變頻器產(chǎn)生如此大偏差的根本原因。

針對第二個(gè)因素,根據(jù)第一點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn),推測既然PLC卡件送出的模擬量電流信號(hào),存在細(xì)微的偏差,則變頻器可能判定接收到的模擬量電流信號(hào)也存在偏差。根據(jù)變頻器手冊,參數(shù)1211為變頻器接收到的模擬量電流信號(hào)的數(shù)值。對比PLC AO卡件輸出的4m A及20m A,變頻器對應(yīng)的值分別為3.99m A和20.01m A。其實(shí)際模擬量電流信號(hào)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,相較理想狀態(tài)發(fā)生了改變,從而導(dǎo)致了偏差。而且,由于每臺(tái)變頻器硬件上的細(xì)小差異,導(dǎo)致對模擬量電流信號(hào)的采樣、判定各不相同,那么各個(gè)變頻器的模擬量電流信號(hào)對應(yīng)的設(shè)定轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系也完全不同,這就是理應(yīng)相同設(shè)定轉(zhuǎn)速的電機(jī),實(shí)際轉(zhuǎn)速有差別的原因。

通過將每臺(tái)變頻器讀取的4m A及20m A所對應(yīng)的參數(shù)1211AI1實(shí)際值,分別設(shè)置進(jìn)參數(shù)1217AI1最小值、參數(shù)1218

AI1最大值,這樣確保了PLC發(fā)出的4m A對應(yīng)電動(dòng)機(jī)0rpm,20m A對應(yīng)電動(dòng)機(jī)1380rpm,這樣電動(dòng)機(jī)的速度斜率就符合了要求。通過修改這些設(shè)置,現(xiàn)場設(shè)備的線速度偏差值已在工藝允許范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

經(jīng)過參數(shù)修正后的變頻器已穩(wěn)定運(yùn)行多年,期間速度控制平穩(wěn),能夠滿足工藝需要。根據(jù)該方法設(shè)置的新安裝變頻器能與原速度控制系統(tǒng)完全兼容。證明了該方法在此車間及類似生產(chǎn)線上具備實(shí)用性。

雖然ABB變頻器在諸多設(shè)置上,例如宏的選擇、參數(shù)的設(shè)置簡化、友好的人機(jī)界面等,降低了變頻器的使用難度。但是,各批次變頻器內(nèi)各類元件的細(xì)小差異,導(dǎo)致了使用中的困擾。通過靈活運(yùn)用ABB變頻器完善的功能,是可以擬補(bǔ)它的缺陷的。