变频器多段速调速在剖缝机的应用沈朝彪

沈朝彪

摘要：变频器在电气自动化系统中广泛应用，变频器使用多种设定方式来进行电机速度的调节。在保温管壳剖缝机制作中，通过PLC和变频器的设定结合，充分利用多段速优先模式，采用多段速设定的调节电机的速度，达到了良好的控制效果和性价比。

关键词：变频器多段速多段速优先模式性价比

变频器优点

自从变频器问世以来，变频器的控制电路经历了模拟到数字的转变，变频器控制方式由开环到闭环，由标量控制发展到矢量控制，功能越来越多，性能越来越好，节能效果也显著提升。由于变频器具有调速精度高，调速范围宽，速度响应快，机械特性硬，能降低电网冲击，兼有节能的作用等优点，因此，在自动控制系统中，交流电动机的调速越来越多的采用变频器来进行控制。

变频器速度设定调节方式

在变频器控制电机运转的时候，为了达到调节交流电机转速的目的，通过对变频器的速度给定进行调节，经过变频器的软硬件控制变换后，输出频率可调的波形到电机，根据n=60f/p的，从而改变电机的同步转速。

一般的来说，变频器的速度设定的调节主要有以下几种方式：自身控制面板设定、外部模拟量设定（包括电压信号和电流信号）、脉冲频率设定、多功能端子设定以及通讯设定（串行通讯、uss通讯、modbus通讯、profibus通讯、工业以太网通讯等等）。这些设定的方式可以进行组合或者进行方式切换，来丰富速度调节的方法和手段。

保温管壳剖缝机系统分析

某保温材料厂要制作一个保温管壳剖缝机，动作流程是一个送料电机将工件送到盘锯上进行切割。由于管壳里面是一个铁芯，切割到一定的位置，为防止盘锯锯到铁芯而损坏，将速度调慢，防止过冲。剖缝完成后送料电机再返回到初始位置。

经过需求分析，将送料电机的速度设定为有四个固定速度阶段，送料到工件接近锯条阶段、工件剖缝阶段、锯条即将接近铁芯、剖缝完成返回原位阶段。其中第一个和第四个阶段可以采用相同速度，这两个过程的速度可以比较快速，而在剖缝时候，为防止送料电机速度过快，造成物料挤压锯条，必须降低速度，从而保护锯条不断裂。最后当铁芯接近锯条时候，再进一步降低速度，防止位置检测信号延时或者送料电机减速不够及时而造成锯条锯到铁芯损坏。这些速度的切换通过PLC检测送料电机的位置后编程来实现。

电气控制系统设计和变频器参数设定

出于成本考虑，决定通过与PLC结合的办法，将变频器的速度调节放在变频器中使用多段速来进行控制，而不采用模拟量控制，节省使用模拟量模板和速度调节触控面板的费用。设备选型时，变频器采用众辰H6000S系列变频器。这款变频器可以设定多达十六段速度的运行，通过四个多功能输入端子功能设定组合调整十六段速度。需要特别说明的是，与西门子、艾默生等厂商的变频器相比，此变频器在运行时候，特有多段速优先的模式。在这个模式下，即使频率给定设定为键盘设定、模拟量设定等非多段速设定的情况下，设置多功能输入端子的功能为多段速端子时候，当输入端子处于有效的时候，变频器的运行速度设定就转为多段速运行设定，变频器频率给定由多段速端子对应的固定频率设定了（这个功能在寸动运行下失效，寸动优先级高于多段速设定）。利用这个特性，在变频器中将送料电机的送料到工件和剖缝完成返回的速度设定为由自身操作面板键盘设定，另两个过程用多段速优先的特性来达到控制目的，这样可以节省一个PLC的输出点和相应控制元件。

送料电机变频控制部分电路图如下图1。

PLC通过检测元件到送料电机的位置，切换多段速运行设定的投入与否，变频器的多功能输入端子X1-X3的功能设定为电机启停命令控制，输入端子X5-X7的功能设定为多段速端子。通过检测X5-X7的开闭状态，变频器的控制软件执行相应的功能，完成多段速运行的目的。端子X5-X8组合编码后对应速度0至速度15共16段速度。当四个端子均为OFF状态时，频率给定由参数F0.03选择决定。当端子不全为OFF时，转到多段速优先运行。这16段速度的频率值和运行时间在参数组FA中设定，这里仅仅使用1和2段速度。

要实现上述的功能，除了在PLC端编程外，变频器中参数的合理设置也是必不可少的，两者结合才能达到设计目的。

图1

相关的主要参数说明及设置如下:

F0.02运行指令通道，设置变频器控制指令的通道，用来选择变频器启停是用端子指令还是通讯指令。设置值为1，端子指令通道

F0.03设定源组合方式，这个参数设定频率的通道。用来选择频率给定的通道。可以是单一的频率通道，如电流信号或电压信号。还可以选择多通道相加，如电流信号和电压信号相加（在变频器内经过了模数转换后再相加）。还能对两个通道频率比较大小，取大值。设置值为0，X频率指令。

F0.04X频率指令选择，选择变频器X频率指令输入通道，共有8中通道。设置值为0，键盘设定。这个频率用来设置送料电机的送料到工件和剖缝完成返回的速度，速度值由面板的键盘来设定。

F4.00X1端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为1，正转运行。

F4.01X2端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为2，反转运行。

F4.02X3端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为7，故障复位。

F4.04X5端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为16，多段速端子1。

F4.05X6端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为17，多段速端子2。

F4.06X7端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为18，多段速端子3。

F4.07X8端子功能选择，设置多功能输入端子对应功能。设置值为19，多段速端子4。

FA.04多段速1，设置工件剖缝阶段的速度，调整为合适的速度。

FA0.5第1段运行时间，设置多段速在有效后运行的时间。设置为0.0，在多段速1有效期间持续运行。

FA.06多段速2，设置锯条将要接近铁芯时的速度，调整为合适的速度。

FA0.7第2段运行时间，设置多段速在有效后运行的时间。设置为0.0，在多段速2有效期间持续运行。

通过以上的设置后，在对锯条运转速度、多段速1、多段速2的设置值精心调整以后，剖缝机运行稳定，达到了设计的目的，极大的减少了人工剖缝的工作，得到了良好的经济效果。