希望森兰SB70变频器在货架冷弯消费线上的应用.docx

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1、希望森兰SB70变频器在货架冷弯消费线上的应用希望森兰SB70变频器在货架冷弯消费线上的应用导语：以沟通变频控制原理实现货架冷弯机组自动化控制，可以知足货架冷弯机组的调速和根本定位控制要求，进步消费率。本文接合森兰SB70变频器特点，介绍了变频器选型原理，以及系统变频改造的硬件及接口设计，变频改造后的系统具有运行稳定可靠、定位精度高等特点。1、系统构成1.1货架冷弯成型工艺流程：开卷校平切头焊接在线伺服送料冲孔成型冷弯轧制矫直定尺切断或者伺服跟踪切断打包后期喷涂处理等。森兰SB70高性能矢量控制变频器主要应用于成型冷弯轧制经过，也可应用于开卷和校平机组的速度匹配系统。图1货架冷弯成型消费线简图

2、1.2根据货架组件横梁的冷弯成型孔型设计及冷弯成型工艺要求，货架组件横梁冷弯机组共有12站牌楼构成，货架组件立柱冷弯机组一般有17站以上牌楼构成，其根本工作原理一样，只是工作负荷和选用的变频器功率大小有差异，下面主要以横梁冷弯机组的应用为例进展讨论。钢卷料由第一站牌楼前的带料导引装置将钢带穿入冷弯机组进展冷弯成型加工，该冷弯机组主动力由30kW的森兰SB70矢量控制变频器和异步变频电机驱动系统构成，各牌楼间的动力传递可采用链传动或者齿轮组来实现；主控系统选用MELSECFX2N-32MR可编程控制器，闭环控制反应信号由2000脉冲/转的旋转编码器被动测量提供信号开关量并测长，根据所选的编码器的

3、线数以及你要走的位置量，确定好对应的计测脉冲数，然后设置PLC，使其在计测到相应的脉冲数时产生相应的动作以实现产品定长切断的准确控制，其根本长度控制精度可达0.5mm以上，可重复长度控制误差分布范围最大不超过1mm。1.3系统硬件构造的主要配置：1选用是FX2N-32MR，外加FX2N-232-BD通讯模块。各1只2触摸屏选用型号为：GP37W2-BG41-24V，或者采用微机控制上位机系统。3KOYO旋转编码器TRDNH1200-RZ及测量辊、24V开关电源，各1台430kW的森兰SB70矢量控制变频器，1台5三相笼型沟通异步电动机：Y系列，4极，22kW，1台。6其它电气选配件，如：配置P

4、G速度控制卡获得编码器的速度反应信号，内置直流电抗器。通常变频器在实际应用中还需要制动单元与制动电阻在再生状态时获得足够的制动力矩。2、电气闭环无级控制系统原理2.1要实现货架组件横梁的冷弯成型机组的闭环无级控制，必须根据变频器和变频电机的特性，即高性能闭环速度矢量和转矩矢量控制性能；采用准确磁通观测器的转子磁场定向的真正闭环采用有速度和无速度传感器速度和转矩矢量控制算法来完成；即在一定载荷下变频器所存在的理想加速和减速特性曲线，或者根据不同的品牌和规格的变频器的特性参考资料、冷弯机组加工件的负荷特性、电机的负荷特性等进展适时调整。本系统采用带PGv/f控制形式，根本控制原理如图2：图2系统闭

5、环无级控制原理图2.2根本控制思想为：森兰SB70矢量控制变频器和变频电机构成内闭环控制系统，旋转编码器与PLC构成系统外部闭环控制系统；即1、根据旋转编码器测量反应的当前速度信号适时调整变频器的输出驱动频率值，进而保证变频电机能以要求的速度平稳运行；其还表如今必须根据详细冷弯产品的成型工艺要求、负荷波动规律等选择相应的速度控制形式，即初时运动加速度与加速控制时间、平稳运行速度与间隔、减速运动加速度与控制时间等进展变频器的适时调整，确保主机运行及控制反应运行经过的平稳，消除不稳定形成的系统超差故障；2、根据旋转编码器的脉冲测量数反应当前冷弯机组主电机的位移信号及预先设定的控制方案，适时调整变频

6、器的输出驱动频率值，使变频电机先以较高的速度运行到接近冷弯产品控制切断长度的位置后，将速度平稳降到较低的速度下工作，并在切断控制处准确制动停准，必要时可采取机械抱闸系统来辅助快速定位，再通过输出控制点发出切断控制信号实现液压停剪；PLC控制系统在工作经过中实时收集运行数据，并不断地与存放在软件控制数据块里的标准位置参数进展比拟和控制决策，进而到达快速准确定位、进步作业效率的目的，并与监控系统交换工作信息以实现消费治理系统的全面动态治理。2.3在我公司进口的货架组件立柱冷弯消费线控制系统中，可编程控制器主要用作下位机，检测各状态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的I/O

7、状态通过控制板卡送给上位机计算机，计算机综合可编程控制器和其他设备的数据，做出相应的处理和显示。3、变频器的选型根据及容量确实定3.1货架冷弯成型设备的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力与冷弯轧辊半径r的乘积，即。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺程度、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速上下关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性。这类负载转矩和转速的快慢无关，所以在调节转速经过中，负载的阻转矩保持不变。在选择变频调速系统时，除了按常规要求外，还根据机组运行的调速范围、阻力矩的特点、对机械

8、特性的要求等进展选择：1选择较为简易的V/F控制方式的变频器应用于：开卷机、校平机、压力机等单机运行的变频调速控制与整线速度上的匹配。2选择有反应的矢量变换控制方式应用于冷弯成型机组和在线液压停剪设备系统中，主要是为了实现准确的速度控制和反复运行于接近零速区的位置定位和液压停剪功能，目前可实现的位置控制精度可到达0.1mm以上，精度越高其消费效率会明显下降，甚至产生位置定位震荡，根据货架产品的工艺特点，位置精度控制在0.5mm左右较适宜，货架冷弯机组主动力系统主要采用有反应的矢量变换控制方式，如图2控制原理。矢量控制通过电动机统一理论和坐标变换理论，把沟通电动机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁

9、场电流分量和与之垂直的转矩电流分量，把固定坐标系变换为旋转坐标系解耦后，沟通量的控制就变为直流量的控制，这样沟通电动机便能等同于直流电动机，进而获得直流电动机一样的控制性能。目前，沟通电力拖动已完全可以与直流电力拖动相媲美。3.2其次对冷弯机组成型功率的计算和确定。机组驱动动力常由实际经历推定，可参考局部机组的标准标准和经历设计参数，也常用旋转承受成形反力荷重的辊所需要的成形扭矩来求，如：成形扭矩T=P成形荷重L辊间接触长度，且实测值常高于计算值；其中也给出了电缝管的计算经历公式等。实际上不同的厂家对机组功率设计的标准也不同，机组传动效率上也存在一定的差异如：链传动与齿轮传动，如某公司的进口消

10、费线，其成型宽度为：226mm，成型角为360度，卷料厚度到达3.0mm，选用卷料设计材质为SS490，机组主功率为37kW，而国产设备冷弯产品成型宽度为：336mm，最大成型角为1080度，常规产品成型角为720度，卷料厚度到达4.0mm，选用卷料设计材质为SS490，机组主功率为132kW，类比可发现其差异较大。十分是当卷料厚度误差出现超差的情况下，机组负载情况就会发生突变，冷弯成型力就会附加板料厚度上的轧制力，系统将会出现停顿过载现象，为此也必须加以考虑。由于工作在矢量控制方式下，因此它能提供足够大的启动转矩。3.3最后为选用变频器的容量，其有很多因数决定，例如电动机容量、电动机额定电流

11、、电动机加减速时间等，其中，最主要的是电动机额定电流。为了获得变频器理想的控制性能，一般变频器功率应当知足：变频器功率K1.732VmImK为电流波形校正系数，Vm为电机额定电压，Im为电机额定电流。3.4沟通变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。公道的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经历，比拟简便的方法有三种： (1)、电机实际功率确定法：首先测定电机的实际功率，以此来选用变频器的容量。 (2)、公式法：设平安系数取1.05，那么变频器的容量Pb=1.05Pm/hmcosy(kW)式中，Pm为电机负载；hm为电机功率。计算出Pb后，按变频器产品目录可选出

12、详细规格。 (3)、电机额定电流法：变频器容量选定经过，实际上是一个变频器与电机的最正确匹配经过，最常见、也较平安的是使变频器的容量大于或者即是电机的额定功率，但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少，通常都是设备所选才能偏大，而实际需要的才能小，因此按电机的实际功率选择变频器是公道的，或者根据详细选用的变频器品牌和性能进展选用。货架组件横梁冷弯机组的主要功耗包括：用于货架组件横梁弯曲变形功率、克制辊子与工件之间的摩擦阻力及辊子轴承摩擦阻力、克制机组传动阻力及功率损耗，一般采用经历测算方法与简单公式计算后放大倍数的方法共同核算，通常还根据冷弯成型的成功案例进展类比测算，并依此确定详细

13、型号变频器的实际功率；本方案中选择的变频器的实际功率约为22kW。3.5由于森兰SB70矢量控制变频用具有多段速度选择功能：它有正转运行/停顿、反转运行/停顿、外部故障、故障复位、多段速指令1、多段速指令2、点动频率选择、外部基极封闭指令、多段速指令3、多段速指令4、加减速时间选择、非常停顿、多功能模拟量输入等端子，可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和准确停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定。3.6制动电阻的选择：内置直流电抗器，功率因数0.94，电源输入谐波小，并能有效防护浪涌、电压和毛刺，延长内部电路元件的寿命；一般在其推荐的电阻功

14、率和阻值内选择，对于电机转速较高的机组情况可以适当减小电阻得到较高的制动力矩，假如最小值不能知足制动力矩的话，需要更换大一级功率的变频器。3.7综合多种因素，我们选定了森兰SB70矢量控制变频器，十分是该系列产品的零伺服功能对电机在停顿状态被保持性能对实现货架组件横梁的冷弯成型的定位控制及知足液压停剪的消费控制要求很有效，能进一步进步了货架组件的成型质量和消费效率。4、外部接口设计4.1三菱FX2N型PLC内置多个高速计数器。经过测量测试，选择采用两相两计数输入、应答频率为30kHz的C251计数器，将旋转编码器的A、B输出端与PLC的X0、X1输入点相连，可以稳定地捕捉货架组件横梁冷弯机组上

15、加工产品所需要的闭环控制反应信号，实现冷弯产品的加工长度、位置定位后的程序比拟及控制信号的输出，实现冷弯产品的定长液压停剪动作。机组最大运行速度限制计算为：测量辊周长与应答频率为30kHz的乘积再除旋转编码器的每转脉冲数，如我司选用的测量辊直径为60mm，周长为188.5mm，那么每秒最大运动位移为：188.5mm300002000=2.827m，货架组件横梁冷弯机组的最大理论运行速度在169米/分以内的要求，一般运行速度设计在20米/分左右。PG输出脉冲检出的最高值为300kHz，主要通过以下公式来算PG的输出频率：4.2上位机对森兰SB70矢量控制变频器的多段速输出控制，可以通过控制输出端

16、的通断信号对多段速指令进展选择或者通过相关控制板卡输出模拟信号010V到多功能模拟量输入端进展在线自适应正反转、上下速、运动定位停顿控制等。详细见图3：图3森兰SB70矢量控制变频器的PLC控制简图4.3由于森兰SB70矢量控制变频用具有转矩响应10ms；转矩控制功能，零伺服及位置控制功能；对于冷弯机组遵循加速运行减速低速运行正反转调整停顿为一个运行周期的控制形式，每一周期中的间隔是冷弯产品的切断经过及系统动作复位。十分是针对上述运行周期中的停顿概念，要理解为零伺服功能状态，加上外部PLC或者PC等信号或者模拟量指令下实现电机的停顿状态并被保持。公道设置这些参数，可以调整定位运行的切断控制精度

17、及机组的消费效率，使它合适负荷的要求。4.4在试运行中假如发生乱调和振动等起因在控制性能的故障时，请对照带PG矢量控制的形式调整参数，即速度控制的比例增益和积分时间参数、对应频率切换速度控制增益、速度控制的一次延长时间、选择载波频率等。在详细运行经过中可以通过PID控制模块实现运行速度的控制与定位调整，以实现同步控制，即实现把速度指令与速度检出值的偏向接近零。4.5主要控制误差;于机械制造误差、测量辊反应测量精度及选用的冷弯轧制材料的外表质量和成型工艺，这也是本次应用成功的关键。系统的机械控制精度对电气系统的控制精度存在一定的影响，可通过电气上的通电保持和实际的转矩平衡、适当的机械定位抱闸及加

18、工原料的平整度等方面进展综合控制以缩短系统的在线调试时间和周期。为保证冷弯组件的质量和消费本钱，还必须定期对旋转编码器测量辊的磨损进展校准修正、相关外围机组参数变化或者调试经过中的机组再调整、机组的维护保养等，进而尽量在很多场合到达较高精度位置控制的要求。并根据详细产品进展参数优化和性能分析，以进步系统的广泛适应性。5、应用效果森兰SB70矢量控制变频器控制实现的多段速系统控制确保了货架冷弯机组的自动化控制要求，具有运行稳定可靠，定位精度高等特点。理论也证实森兰SB70矢量控制变频器完全能知足货架冷弯机组的调速和根本定位控制要求，进步了消费效率。此种变频器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的电机变频调速系统。根据今后货架冷弯机组的自动化开展方向，将成型速度的设定与控制理论的开展与应用、成型辊辊型设定与实时调节、详细机械设备的故障诊断的处理与显示等与详细的电流矢量控制通用变频器、PLC控制功能和开展相结合，十分是无速度传感器矢量控制变频器技术的开展与成熟，必然能促进货架冷弯机组的整体自动化开展程度。