臺(tái)達(dá)變頻器在噴涂同步傳送設(shè)備中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-08-02 10:17:50來(lái)源:
臺(tái)達(dá)變頻器在噴涂同步傳送設(shè)備中的應(yīng)用
1 引 言
一般設(shè)備或部件在出廠前都要經(jīng)過(guò)噴涂處理,自動(dòng)噴涂設(shè)備工作過(guò)程是通過(guò)輸送鏈條將待噴涂物送入高溫烘箱中,經(jīng)過(guò)一系列烘烤過(guò)程使涂料附著在待噴涂物上,然后由傳動(dòng)鏈條送出,經(jīng)工人從鏈條上取下檢查,其合格品送入倉(cāng)庫(kù)。對(duì)其電氣控制系統(tǒng)要求是能根據(jù)不同的噴涂物調(diào)節(jié)輸送鏈條速度,從而保證足夠的高溫加熱時(shí)間,顯然輸送鏈條速度慢高溫加熱時(shí)間長(zhǎng),速度快高溫加熱時(shí)間短,從理論上看實(shí)現(xiàn)起來(lái)似乎應(yīng)該是非常簡(jiǎn)單的。但是由于輸送鏈條較長(zhǎng),使用單臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)輸送鏈條非常困難,在設(shè)計(jì)中一般采用兩臺(tái)電機(jī),其中一臺(tái)確定為主傳動(dòng)電機(jī),而另一臺(tái)為從傳動(dòng)電機(jī)。問(wèn)題是如何保證這兩臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行?如果兩臺(tái)電機(jī)不同步, 將導(dǎo)致輸送鏈條出現(xiàn)堆積或斷裂現(xiàn)象,致使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行,因此同步控制問(wèn)題的解決在鏈條皮帶傳動(dòng)中是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題,采用高性能通用變頻器的控制策略就可以實(shí)現(xiàn)主、從電機(jī)運(yùn)行的同步。
2 高性能通用變頻器的控制策略
由于電機(jī)運(yùn)行是受變頻器驅(qū)動(dòng)的,如果兩臺(tái)變頻器的輸入/輸出可以調(diào)整就有可能實(shí)現(xiàn)主、從電機(jī)運(yùn)行的同步,因此有必要對(duì)變頻器的性能略作討論。采用一般的通用變頻器給異步電動(dòng)機(jī)供電時(shí),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速,起動(dòng)和停車都很方便,但是,調(diào)速時(shí)有靜差,精度不高,調(diào)速范圍不過(guò)1:10左右,而且也不能像直流調(diào)速系統(tǒng)那樣提供很高的動(dòng)態(tài)性能。要實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能,必須研究實(shí)現(xiàn)高性能的控制策略,這里有兩種控制策略,即矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制,各有特色。矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是:采用由轉(zhuǎn)子磁鏈決定d-軸方向的dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,把異步電機(jī)的定子電流分解為其勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,得到類似于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型,再采取措施把非線性系統(tǒng)變換成兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈的子系統(tǒng),從而模仿直流電機(jī)分別用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)舍去比較復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,僅在兩相靜止坐標(biāo)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的反饋信號(hào),并用雙位式砰-砰控制代替線性調(diào)節(jié)器來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈,根據(jù)二者的變化,選擇電壓空間矢量的PWM(SVPWM)開(kāi)關(guān)狀態(tài),以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。值得注意的是,無(wú)論是矢量控制系統(tǒng),還是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),都需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,所需的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)來(lái)自于電機(jī)同軸的速度傳感器,對(duì)于高性能系統(tǒng)一般都用光電碼盤(pán),其成本、安裝、可靠性都有問(wèn)題,如果能取消光電碼盤(pán)而保持良好的控制性能,顯然會(huì)大受歡迎,這就是無(wú)速度傳感器的高性能調(diào)速系統(tǒng)。作為高性能的通用變頻器都希望采用無(wú)速度傳感器控制。
3 主從變頻器同步控制功能實(shí)現(xiàn)
主變頻器的給定輸入是位移傳感器和從變頻器的模擬輸出的迭加,從變頻器由外接電位器給定。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)主變頻器的輸出頻率高于從變頻器的輸出頻率,也就是說(shuō)主電機(jī)速度高于從電機(jī)的速度,因此鏈條處于拉伸狀態(tài),位移傳感器根據(jù)拉伸程度相應(yīng)地給出的信號(hào)逐漸減小,主變頻器降速,直至比較終和從變頻器處于同速狀態(tài)。但是由于電機(jī)和鏈條之間是皮帶傳動(dòng),所以從電機(jī)會(huì)有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象從而造成實(shí)際應(yīng)用的主從不同步,鏈條有被拉伸的噪音,改進(jìn)的方法是加上PG速度閉環(huán)精確速度控制轉(zhuǎn)速死循環(huán)后,噪音幾乎消失。本文選用的臺(tái)達(dá)B系列變頻器采用無(wú)傳感器向量控制方式,具有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在1Hz時(shí)可達(dá)150%,過(guò)載能力150%額定電流持續(xù)一分鐘,輸出頻率0.1Hz至400Hz可調(diào),調(diào)節(jié)范圍寬,同時(shí)具有開(kāi)環(huán)向量、死循環(huán)向量等各種控制方式。自動(dòng)噴涂設(shè)備采用的是V/F+PG速度死循環(huán)控制,其目的就是解決其輸送待噴涂物時(shí)鏈條堆積或斷裂問(wèn)題,經(jīng)用戶使用,效果非常好,大大提高了生產(chǎn)效率,有效地解決了生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的鏈條堆積或斷裂問(wèn)題。
4 同步控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成
主、從電機(jī)同步的變頻器調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如1所示。
AVI AVI (0-10v)
編碼器回授
AFM
AUI位移傳感器
圖1 變頻器調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
圖1表明,要求使用的變頻器有兩路模擬輸入和一路模擬輸出,且兩路模擬輸入均接受電壓信號(hào)并可迭加輸入,其中一路模擬輸入還必須可以接受負(fù)電壓信號(hào)(如AUI為-10到10V),模擬輸出為0-10V的電壓信號(hào),必不可少的功能就是變頻器要有速度死循環(huán)控制,如圖1中的PG環(huán)節(jié)。臺(tái)達(dá)變頻器VFD-B為高功能向量控制泛用型,該型變頻器可根據(jù)工況選擇,其額定電壓、功率范圍為:230V/單相(0.75kw-2.2kw);230V/三相(0.75kw-37kw);460V/三相(0.75kw-75kw)。
VFD-B型變頻器有以下特點(diǎn):
?向量控制及V/F控制*MODBUS通訊格式;
?馬達(dá)參數(shù)調(diào)適(Auto tuning)*參數(shù)密碼鎖定;
?16段速、15段可程式運(yùn)轉(zhuǎn)*PG速度回授控制(選購(gòu));
?內(nèi)含PID回授控制*自動(dòng)調(diào)適加減速時(shí)間;
?具啟動(dòng)速度追蹤模式*4段加減速獨(dú)立調(diào)整。
5 結(jié)束語(yǔ)
上述討論的變頻器同步調(diào)速系統(tǒng)已在相關(guān)企業(yè)投入運(yùn)行,實(shí)際運(yùn)用效果表明,與改造以前的系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝周期短,現(xiàn)場(chǎng)接線大大簡(jiǎn)化,調(diào)試簡(jiǎn)單,可靠性得到顯著提高。由此可以說(shuō)明臺(tái)達(dá)變頻器轉(zhuǎn)速死循環(huán)控制具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,完全可以運(yùn)用于自動(dòng)噴涂設(shè)備及其它類似對(duì)同步要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合。
一般設(shè)備或部件在出廠前都要經(jīng)過(guò)噴涂處理,自動(dòng)噴涂設(shè)備工作過(guò)程是通過(guò)輸送鏈條將待噴涂物送入高溫烘箱中,經(jīng)過(guò)一系列烘烤過(guò)程使涂料附著在待噴涂物上,然后由傳動(dòng)鏈條送出,經(jīng)工人從鏈條上取下檢查,其合格品送入倉(cāng)庫(kù)。對(duì)其電氣控制系統(tǒng)要求是能根據(jù)不同的噴涂物調(diào)節(jié)輸送鏈條速度,從而保證足夠的高溫加熱時(shí)間,顯然輸送鏈條速度慢高溫加熱時(shí)間長(zhǎng),速度快高溫加熱時(shí)間短,從理論上看實(shí)現(xiàn)起來(lái)似乎應(yīng)該是非常簡(jiǎn)單的。但是由于輸送鏈條較長(zhǎng),使用單臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)輸送鏈條非常困難,在設(shè)計(jì)中一般采用兩臺(tái)電機(jī),其中一臺(tái)確定為主傳動(dòng)電機(jī),而另一臺(tái)為從傳動(dòng)電機(jī)。問(wèn)題是如何保證這兩臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行?如果兩臺(tái)電機(jī)不同步, 將導(dǎo)致輸送鏈條出現(xiàn)堆積或斷裂現(xiàn)象,致使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行,因此同步控制問(wèn)題的解決在鏈條皮帶傳動(dòng)中是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題,采用高性能通用變頻器的控制策略就可以實(shí)現(xiàn)主、從電機(jī)運(yùn)行的同步。
2 高性能通用變頻器的控制策略
由于電機(jī)運(yùn)行是受變頻器驅(qū)動(dòng)的,如果兩臺(tái)變頻器的輸入/輸出可以調(diào)整就有可能實(shí)現(xiàn)主、從電機(jī)運(yùn)行的同步,因此有必要對(duì)變頻器的性能略作討論。采用一般的通用變頻器給異步電動(dòng)機(jī)供電時(shí),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速,起動(dòng)和停車都很方便,但是,調(diào)速時(shí)有靜差,精度不高,調(diào)速范圍不過(guò)1:10左右,而且也不能像直流調(diào)速系統(tǒng)那樣提供很高的動(dòng)態(tài)性能。要實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能,必須研究實(shí)現(xiàn)高性能的控制策略,這里有兩種控制策略,即矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制,各有特色。矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是:采用由轉(zhuǎn)子磁鏈決定d-軸方向的dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,把異步電機(jī)的定子電流分解為其勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,得到類似于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型,再采取措施把非線性系統(tǒng)變換成兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈的子系統(tǒng),從而模仿直流電機(jī)分別用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)舍去比較復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,僅在兩相靜止坐標(biāo)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的反饋信號(hào),并用雙位式砰-砰控制代替線性調(diào)節(jié)器來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈,根據(jù)二者的變化,選擇電壓空間矢量的PWM(SVPWM)開(kāi)關(guān)狀態(tài),以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。值得注意的是,無(wú)論是矢量控制系統(tǒng),還是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),都需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,所需的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)來(lái)自于電機(jī)同軸的速度傳感器,對(duì)于高性能系統(tǒng)一般都用光電碼盤(pán),其成本、安裝、可靠性都有問(wèn)題,如果能取消光電碼盤(pán)而保持良好的控制性能,顯然會(huì)大受歡迎,這就是無(wú)速度傳感器的高性能調(diào)速系統(tǒng)。作為高性能的通用變頻器都希望采用無(wú)速度傳感器控制。
3 主從變頻器同步控制功能實(shí)現(xiàn)
主變頻器的給定輸入是位移傳感器和從變頻器的模擬輸出的迭加,從變頻器由外接電位器給定。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)主變頻器的輸出頻率高于從變頻器的輸出頻率,也就是說(shuō)主電機(jī)速度高于從電機(jī)的速度,因此鏈條處于拉伸狀態(tài),位移傳感器根據(jù)拉伸程度相應(yīng)地給出的信號(hào)逐漸減小,主變頻器降速,直至比較終和從變頻器處于同速狀態(tài)。但是由于電機(jī)和鏈條之間是皮帶傳動(dòng),所以從電機(jī)會(huì)有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象從而造成實(shí)際應(yīng)用的主從不同步,鏈條有被拉伸的噪音,改進(jìn)的方法是加上PG速度閉環(huán)精確速度控制轉(zhuǎn)速死循環(huán)后,噪音幾乎消失。本文選用的臺(tái)達(dá)B系列變頻器采用無(wú)傳感器向量控制方式,具有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在1Hz時(shí)可達(dá)150%,過(guò)載能力150%額定電流持續(xù)一分鐘,輸出頻率0.1Hz至400Hz可調(diào),調(diào)節(jié)范圍寬,同時(shí)具有開(kāi)環(huán)向量、死循環(huán)向量等各種控制方式。自動(dòng)噴涂設(shè)備采用的是V/F+PG速度死循環(huán)控制,其目的就是解決其輸送待噴涂物時(shí)鏈條堆積或斷裂問(wèn)題,經(jīng)用戶使用,效果非常好,大大提高了生產(chǎn)效率,有效地解決了生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的鏈條堆積或斷裂問(wèn)題。
4 同步控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成
主、從電機(jī)同步的變頻器調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如1所示。
AVI AVI (0-10v)
編碼器回授
AFM
AUI位移傳感器
圖1 變頻器調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
圖1表明,要求使用的變頻器有兩路模擬輸入和一路模擬輸出,且兩路模擬輸入均接受電壓信號(hào)并可迭加輸入,其中一路模擬輸入還必須可以接受負(fù)電壓信號(hào)(如AUI為-10到10V),模擬輸出為0-10V的電壓信號(hào),必不可少的功能就是變頻器要有速度死循環(huán)控制,如圖1中的PG環(huán)節(jié)。臺(tái)達(dá)變頻器VFD-B為高功能向量控制泛用型,該型變頻器可根據(jù)工況選擇,其額定電壓、功率范圍為:230V/單相(0.75kw-2.2kw);230V/三相(0.75kw-37kw);460V/三相(0.75kw-75kw)。
VFD-B型變頻器有以下特點(diǎn):
?向量控制及V/F控制*MODBUS通訊格式;
?馬達(dá)參數(shù)調(diào)適(Auto tuning)*參數(shù)密碼鎖定;
?16段速、15段可程式運(yùn)轉(zhuǎn)*PG速度回授控制(選購(gòu));
?內(nèi)含PID回授控制*自動(dòng)調(diào)適加減速時(shí)間;
?具啟動(dòng)速度追蹤模式*4段加減速獨(dú)立調(diào)整。
5 結(jié)束語(yǔ)
上述討論的變頻器同步調(diào)速系統(tǒng)已在相關(guān)企業(yè)投入運(yùn)行,實(shí)際運(yùn)用效果表明,與改造以前的系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝周期短,現(xiàn)場(chǎng)接線大大簡(jiǎn)化,調(diào)試簡(jiǎn)單,可靠性得到顯著提高。由此可以說(shuō)明臺(tái)達(dá)變頻器轉(zhuǎn)速死循環(huán)控制具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,完全可以運(yùn)用于自動(dòng)噴涂設(shè)備及其它類似對(duì)同步要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合。