艾默生EV1000系列变频器在弹力丝机上的应用
日期：2008-1-3 18:07:38 来源：中国工控网
点击： 作者：未知
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一、引言
随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，交流调速性能的持续不断的改进已经使之可以与直流调速相媲美，由于交流调速较直流调速维护简单、成本低廉，因此变频器调速技术已逐步替代直流调速广泛应用于机械、冶金、化工等各个领域。本文将介绍艾默生公司EV1000变频器在弹力丝机控制系统中的应用并着重介绍该系列变频器在闭环控制上的实现。该系统是根据化纤行业弹力丝机的工艺要求，采用PLC和数台艾默生公司生产的EV1000变频器组成RS485通讯网络，实现多个变频器的闭环控制和PLC集中监控。
二、弹力丝机工艺要求和工作原理
弹力丝机的弹力丝机传动结构如图1，该系统左右完全对称共有七台变频器，每个罗拉、黑辊均由一台变频器拖动，假捻器由一台变频器拖动。其主要工作过程为：丝从纱锭经一罗拉牵引，经上温箱加热后，再由二罗拉牵引经假捻后通过下温箱定型，最后由黑辊牵引经油箱并最后卷绕到纱筒上。工艺上设定二罗拉的线速度为基准速度，并按一定的牵伸比设定给一罗拉、黑辊、假捻器。因为牵伸比的不同使得一罗拉和二罗拉，二罗拉和黑辊之间存在着弹力。该系统线速度控制要求高，仅靠开环控制不能达到控制要求，因此需要采用变频器的PI闭环控制功能。
图1 弹力丝机传动示意图
三、电气传动系统构成
图2 弹力丝机控制系统结构图
我们根据该设备工艺要求组成如图2所示的传动控制系统，可编程控制器通过RS485转换器与EV1000自带的RS485接口组成通讯链路，文本显示器通过RS232和PLC连接。
在系统设计中，可编程控制器为整个系统的核心，执行各种系统操作及计算。文本显示器为整个系统的操作设置显示单元。在文本显示器上可以实现整个系统的控制，如变频器的启动、停止，工艺参数的设定。并且可以实时监控全机的工作运行状态、动作过程及全机的故障查询等。系统中有关的参数设定和各种操作都通过文本显示器实现人机对话和操作。
在变频器设计方面，EV1000系列变频器自带RS485接口的通讯单元，符合RS485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据一定的通讯协议，我们可以通过RS485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高，因此在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成。
在转速控制方面，我们利用EV1000系列变频器的闭环控制功能，用霍尔传感器测量电机的实际转速并反馈给变频器，这样就组成了速度闭环。EV1000系列变频器内置的PI闭环控制的动态响应好、控制精度高、使用简单灵活。现场试验表明，采用这个方案可以使电机的转速稳定在1转范围内，能有效防止因负载的变化而引起的电机转速的变化，满足了弹力丝机的控制要求。对于单回路PI控制对象而言，EV1000优异的控制性能是采用PLC程序控制来完成回路调节所无法比拟的。
四、PLC与EV1000系列变频器的通讯
1．通讯链路的构成
如图3所示，在系统中，主机PLC和EV1000系列变频器RS485总线构成一个通讯链路，在协议层次采用广播式主—从协议，所有的通讯发起都从主站开始，从站响应主站的各项通讯指令。
图3 EV1000 RS485网络通讯示意图
2．通讯协议简述
在网络中，PLC为主站，EV1000变频器分别设定为地址互不相同的从站，设定范围为1—31，这样各站点由唯一的标志码识别。EV1000变频器采用主机“轮询”，从机“应答”方式。其通信方式为RS-485；数据格式为1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验；波特率为9.6Kbps。变频器接收控制的通讯协议如下：
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随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，交流调速性能的持续不断的改进已经使之可以与直流调速相媲美，由于交流调速较直流调速维护简单、成本低廉，因此变频器调速技术已逐步替代直流调速广泛应用于机械、冶金、化工等各个领域。本文将介绍艾默生公司EV1000变频器在弹力丝机控制系统中的应用并着重介绍该系列变频器在闭环控制上的实现。该系统是根据化纤行业弹力丝机的工艺要求，采用PLC和数台艾默生公司生产的EV1000变频器组成RS485通讯网络，实现多个变频器的闭环控制和PLC集中监控。
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二、弹力丝机工艺要求和工作原理
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弹力丝机的弹力丝机传动结构如图1，该系统左右完全对称共有七台变频器，每个罗拉、黑辊均由一台变频器拖动，假捻器由一台变频器拖动。其主要工作过程为：丝从纱锭经一罗拉牵引，经上温箱加热后，再由二罗拉牵引经假捻后通过下温箱定型，最后由黑辊牵引经油箱并最后卷绕到纱筒上。工艺上设定二罗拉的线速度为基准速度，并按一定的牵伸比设定给一罗拉、黑辊、假捻器。因为牵伸比的不同使得一罗拉和二罗拉，二罗拉和黑辊之间存在着弹力。该系统线速度控制要求高，仅靠开环控制不能达到控制要求，因此需要采用变频器的PI闭环控制功能。
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图1 弹力丝机传动示意图
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三、电气传动系统构成
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图2 弹力丝机控制系统结构图
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我们根据该设备工艺要求组成如图2所示的传动控制系统，可编程控制器通过RS485转换器与EV1000自带的RS485接口组成通讯链路，文本显示器通过RS232和PLC连接。
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在系统设计中，可编程控制器为整个系统的核心，执行各种系统操作及计算。文本显示器为整个系统的操作设置显示单元。在文本显示器上可以实现整个系统的控制，如变频器的启动、停止，工艺参数的设定。并且可以实时监控全机的工作运行状态、动作过程及全机的故障查询等。系统中有关的参数设定和各种操作都通过文本显示器实现人机对话和操作。
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在变频器设计方面，EV1000系列变频器自带RS485接口的通讯单元，符合RS485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据一定的通讯协议，我们可以通过RS485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高，因此在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成。
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在转速控制方面，我们利用EV1000系列变频器的闭环控制功能，用霍尔传感器测量电机的实际转速并反馈给变频器，这样就组成了速度闭环。EV1000系列变频器内置的PI闭环控制的动态响应好、控制精度高、使用简单灵活。现场试验表明，采用这个方案可以使电机的转速稳定在1转范围内，能有效防止因负载的变化而引起的电机转速的变化，满足了弹力丝机的控制要求。对于单回路PI控制对象而言，EV1000优异的控制性能是采用PLC程序控制来完成回路调节所无法比拟的。
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四、PLC与EV1000系列变频器的通讯
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1．通讯链路的构成
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如图3所示，在系统中，主机PLC和EV1000系列变频器RS485总线构成一个通讯链路，在协议层次采用广播式主—从协议，所有的通讯发起都从主站开始，从站响应主站的各项通讯指令。
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图3 EV1000 RS485网络通讯示意图
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2．通讯协议简述
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在网络中，PLC为主站，EV1000变频器分别设定为地址互不相同的从站，设定范围为1—31，这样各站点由唯一的标志码识别。EV1000变频器采用主机“轮询”，从机“应答”方式。其通信方式为RS-485；数据格式为1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验；波特率为9.6Kbps。变频器接收控制的通讯协议如下：
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