關鍵詞 同步轉速控制； 轉矩控制；內部閉環矢量控制；變頻器負載分擔功能。
1、引言
對于大部分使用拉絲機的國內金屬加工企業來說，國產拉絲機械產品已經能夠被接受替代國外高端的產品，拉絲機械主要配套國外變頻器，主要原因有兩個，一是國產變頻器技術在一段時間內落后于國外變頻器廠家，無論從控制算法的先進性，可實現性，還是從硬件平臺的簡易性，穩定性都有一定的差距。二是對于大部分國外拉絲機械設備生產商來說，也傾向于配套國外變頻器和PLC。針對拉絲機械配套市場，變頻器配置先進快速的PID控制算法，針對各種不同的拉絲機械，均能夠實現較為簡潔方便的拉絲機控制方式。
2、拉絲機工作分析
從產品終端來說，拉絲機可以分為大拉機，中拉機，小拉機，微拉機。而從拉絲機內部控制方式和結構來說，可以分為水箱式，滑輪式，直進式等主要的幾種。對于不同要求，不同精度規則的產品，不同的金屬物料，可選擇不同規格的拉絲機械。對電線電纜生產企業，雙變頻控制的細拉機應用比較廣泛，相對而言，其要求的控制性能也較低，而對大部分鋼絲生產企業，針對材料特性，其精度要求和拉拔穩定度高，因此使用直進式拉絲機較多，不同的拉絲機械，其工作過程基本相同（如下圖）：
　　

　
　 使用變頻器的典型直進式系統控制如2，操作面板負責設定主動變頻器的速度和收卷變頻器的張力。主動變頻器將運行和速度信號給到下面的從動變頻器，從動變頻器將速度信號乘以設定的速度比例系數再乘以電機動態扭矩分擔系數，作為速度輸出。變頻器內部閉環的PID速度控制，不需要外部反饋。實現真正的拉絲同步控制。收卷控制同上面雙變頻器控制，以恒定張力的控制模式完成收卷。下面詳細介紹變頻器開環拉絲同步控制原理
首先，談一下活套拉絲機采用開環調速的條件?；钐桌z機是一種常見的拉絲機械，拉拔效率高，工藝性好，磨損小等優點得以廣泛應用。其傳動要求是起停平穩，能無級調速，低速時有足夠的力矩，各個滾筒之間速度同步。很長時間，技術人員都專注考慮活套閉環控制系統，活套的位置檢測難于取出，而且控制位置多，故障點自然多，可靠性自然降低。所以生產中有開環控制的需求。以上的傳動特點TMT變頻器完全滿足。0轉速可以提供100%轉矩的輸出能力大大的保證了低速時的力矩要求。隨負載突變，轉矩的快速響應，保證了精確的轉速輸出（負載突變情況下，速度變化小于1%）。電子齒輪功能的主從控制模式，主機傳送給從機的數字速度指令是通過RS485協議通信的，避免了模擬量的誤差，從動變頻器只需設定與主機的速度比例，運轉指令和速度指令完全來自于主機保證了傳動的同步。下面分析，起停，運行中，同步控制各個滾筒的速度比。
根據各個拉絲孔，金屬秒流量恒定的原則，我們可以斷定
Vo/t=L/t*S (1)
Ve = L/t (2)
所以Ve1*S1= Ven*Sn (3)
Ven=Ve1*S1/Sn (4)
Ve=2πR*N (5)
Vo金屬體積；Ve線速度：L金屬長度；S拉絲孔面積；N滾筒單位時間轉數
R滾筒半徑；t時間；n 拉絲孔位數；
由（4）（5）式可得出
Nn=N1*S1/Sn (6)
從上式可以看出，電機轉數只與拉絲孔孔面積有關，而且啟動停止過程此公式依然正確，如果金屬的材質，拉拔得摩擦系數等等，能夠相對穩定，就可以保證速度同步，就不會出現斷絲和累積松套現象。
再看一下每一個拉絲滾筒的轉矩情況
Tc=P R (7)
Tc 電機轉矩 ； P 拉拔力 ； R 滾筒半徑
P=43.56d2　　σp Kg
σp 拉拔抗拉強度，一般原料均勻性基本不變，可視為常數
Kg 鋼絲截面壓縮率系數，一般為0.0054—0.025
d 拉拔后鋼絲直徑，一般與模孔磨損有關，磨損量在0.02mm/8小時，一般可以看成常數

可以看到電機轉矩基本不變，所以對于TMT Optidrive Plus 3GV 來說速度精度是可以滿足拉絲工藝要求的。
Optidrive Plus 3GV 變頻器特有的負載分擔功能，能更完美的的實現拉絲機的工藝要求。
在矢量控制速度模式下，參數P6-09提供了一個因負載轉矩變化的一個速度變化設定。依據電機負載條件，隨著負載的變化將給出速度的變化值，公式如下：
（1）

拉絲輥的轉矩=金屬變形需要的轉矩+上位張力機構的拉力 （2）

因此，拉絲機的本位變頻器的速度是一個復合給定，除了上位變頻器給定的速度信號以外，速度還受本位變頻器的輸出轉矩影響。假設拉絲孔處金屬變形所需要的轉矩不變，電機轉矩輸出的變化來自于上位拉絲電機的速度變化。如果上位速度減小則張力機構張力增大，反之減小。因此可以斷定上位給絲的速度影響到本為電機的轉矩。本位變頻器的輸出轉矩增大則速度會自動減低，輸出轉矩減小則速度增大。這種負載分擔的特有功能，保證了負載突變時的速度同步變化的跟隨速度，因此避免了斷絲松套發生。
綜合上面速度和轉矩的控制特點，實現開環拉絲控制是完全可能的?！?BR>4、 拉絲機使用變頻器優勢介紹
 使用轉速和電流閉環的無傳感器矢量控制方式，快速的速度和轉矩閉環，減免了測速機構，實現較高的控制精度和控制性能。
 高性能的低頻轉矩特性，150%的起動轉矩， 0Hz100%的轉矩輸出。
 先進的內置PID閉環控制算法，確保PID控制器性能達到最優，最大限度方便客戶的PID控制器參數設置。
 高速的控制CPU內核，保證了控制性能的快速性，高達100%的直流制動力矩，對尤其是拉絲機等具有沖擊性的負載，保證了其快速的響應特性，確保拉絲機停機不斷線。
 完善的故障保護功能，最大限度地對拉絲機械和變頻器本身進行保護。
5、 結束語
Optidrive Plus 3GV變頻器的高性能和完善的功能，使其在各個行業得到了廣泛的應用，對于部分V/F變頻器滿足不了的要求高場合，其優勢更為明顯。變頻器在拉絲機械上使用中，免除了客戶端繁雜的外部設備，內置PID的內部閉環速度控制調節方便簡單，滿足工藝要求，節電效果明顯。
相關參數設定
主從同步速度控制參數設定
通過變頻器內部的RJ11接口和光纖接口都可以實現變頻器的網絡通信連接，實現主從模式控制。
如果使用光學纖維通信，兩個變頻器之間光纜最長1米，最多一個主機兩個從機，從機光纜必須與主機相聯。
對于通過RS485數據聯接的網絡，可以通過分線器順次相聯,一個主機可以掛最多62臺從機. 485 電纜長度以能夠避免噪聲干擾為基本原則
下面詳細介紹參數設定，實現數字齒輪箱的功能
• 參數：
P2-27 變頻器通信地址
本參數定義變頻器的網絡地址，每一個變頻器在網絡中有唯一的地址數，具有相同的網絡地址變頻器在同一網絡中運行會造成不可靠的運行狀態。
地址范圍 1 到 63.
任何網絡中，必須有地址1的變頻器。地址1的變頻器在網絡中所有節點的中的變頻器的同步運行具有特殊的功能。包括在PDAs或 Optiport+ options.通信中
網絡中的主變頻器網絡地址必須設定為1，其他從變頻器設定為大于1的地址。
P2-28 主/從模式選擇
本參數的設定要求變頻器地址1必須設定在網絡中，然后才可以選擇不同模式
一般的網絡中只有一個主變頻器，其他的都是從變頻器。
注意: 主變頻器地址必須是 1
P2-29從變頻器速度比率系數設定
本參數定義了從變頻器的比例系數，本系數乘以主機的速度就是本機的速度設定。
次參數只有在從機模式且P2-35 > 0時可以設定
本參數可以用于“數字齒輪箱功能”的應用。例如, 一般的操作中，主機發送運行命令與主速度參考信息。如果用戶意圖主從變頻器之間速度按比例運行，此時本參數可以設為比例系數。
例如：如果主機速度為50Hz，用戶設定本參數為 50.0%, 那么從機運行速度將是25Hz, 而且從機將按固定比例隨主機速度變化。
注意：為了達到滿意地速度同步變化，從變頻器的加速時間(P1-03) 和減速時間(P1-04) 應該與主變頻器一致。
P2-35 數字速度設定系數控制
此參數適用于主從模式控制的從機在面板控制模式時的參考速度比率控制。
當 P2-35 = 1, 變頻器的速度設定將以P2-29中的預置速度為基準。
當 P2-35 = 2, 雙極性模擬量輸入與速度設定相加修正速度設定。
最大模擬量輸入代表 P1-01的值.
速度設定= ( 數字速度設定× P2-29 ) + 雙極性模擬量輸入
當 P2-35 = 3, 模擬量輸入將 從0%到200% 分度速度設定
速度設定 = ( 數字速度設定 × P2-29 ) × 雙級模擬量輸入
• 特別注意:
主變頻器可以為任何運行模式 (P1-12=0, 1, 2, 3 或 4). 然而從變頻器之可以設定為面板控制模式 (P1-12=1 or 2). 如果參數 P1-12在從變頻器中設定為 1, 那么任何主變頻器發送的負值速度被當作零處理。
使用速度減低方式實現消除累計轉矩誤差
速度減低控制功能應用于兩個或多個變頻器驅動同一個由機械相聯接的負載時的速度控制功能。此類應用的關鍵在于兩個不同電機負擔同一個負載的速度同步控制。Plus 變頻器提供了單獨的降速參數，實現當兩個同步運行的兩個電機中后一個電機中的轉矩增大時自動降速的控制。下面詳細介紹本減速功能的應用。
• 參數：
本參數劃歸特殊參數組6，意圖進入特殊參數組6 需要將702輸入參數P1-14中.
P6- 09 降速控制
注意：只有矢量速度控制模式(P4-01=0)本參數才可用。
參數置零，降速功能禁止.
假如 P6-09 > 0, 那么本參數將定義一個電機額定轉矩下的滑差速度。降低速度備表示位參數P1-09的百分率.依據電機的負載條件， 電機速度將按如下等式減低電機速度:

這里, 降低速度= P6-09 * P1-09
• 當電機負載增加，實際電機速度將自動按輸出轉矩與額定轉矩能力的比例減低速度輸出。反過來，負載減輕，速度會提高。這樣可以保持同步運行的電機消除累計的負載物差。
• 舉例
P1-09 =50 Hz, P6-09 = 10.0%.
當變頻器運行在 40Hz并且轉矩輸出時額定轉矩的 80%時
電機速度 = 40Hz – ( (10% * 50Hz) * 80%) = 36Hz.
這種速度控制同樣適合反轉運行 (如 -40Hz設定速度 導致 -36Hz 的實際輸出)
收卷張力控制
Optidrive Plus 3GV系列及其可以運行在轉矩控制模式 (P4-01=1) ，設定輸入將直接控制電機的轉矩輸出而不是控制電機的速度。
下面闡述如何配置變頻器參數。
V/F 模式下不可能實現轉矩控制.。而且必須在對電機進行自動參數檢定以后 。
• 轉矩控制關鍵參數:
P4-06 轉矩設定選擇
此參數用于轉矩設定的選擇
0: 固定預置 轉矩設定預置在參數 P4-07中. 如果選用此設定, 電機的轉矩輸出設定值將以而定轉矩的百分率固定的設定在參數P4-07中. 電機的而定轉矩在電機參數偵測中自動決定。
1: 雙極模擬量輸入 假如需要變化的轉矩設定, 模擬量輸入可以用于轉矩設定。這種模式下, 設定值可以實時的按模擬量輸入的比率改變。參數 P2-30定義模擬量輸入類型. 模擬量輸入格式必須是單極的。–10V…+10V”的選擇是不知恥轉矩模式的 。
2: 2nd 模擬量輸入 第二模擬量輸入將作為電機轉矩輸出的設定. 參數 P2-33定義模擬量輸入格式
3: Modbus 轉矩設定 這種選擇只適合3GV-M 變頻器。 選擇這種模式后，電機的轉矩限制是由Modbus master給定的。給定值的范圍是 0% 到 200%. 更多信息參閱AN-ODP-38.
P4-08 最小轉矩設定
本參數限定最小轉矩設定值。此參數用于避免電機啟動時過低的轉矩造成電機鎖定。參數默認值時零。用戶一般需要調整次參數，以便獲得低速（低轉矩）區域更好的控制效果 。
如果模擬量用于改變轉矩設定，轉矩輸出將按照模擬量輸入線性比例分度，從P4-08 到 P4-07（最大轉矩輸出）.
所有的轉矩控制，最大速度不會超過P1-01的設定值.
• 可變速度限制轉矩控制模式：
轉矩控制模式選擇參數P4-01 = 1 (矢量轉矩控制). 轉矩設定選擇由參數 P4-06設定. 設定 P4-06 = 2 和 P2-01 = 4 使用 2nd 模擬量輸入作為轉矩控制設定
這種配置, 雙極性模擬量輸入將設定為速度限制數字輸入 2 將控制電機轉向
還可以選擇, 設定P2-01=19 并且數字輸入 2打開始 2nd 模擬量輸入用作可變的轉矩設定，雙極性模擬量輸入作為速度限制輸入。
轉矩控制模式 (P4-01=1)下，如果數字兩輸入2閉合，那么變頻器的速度限制將是, P1-01 (最大速度限制)起作用
轉矩控制模式下 (P4-01=1),用戶需要避免使用同一個模擬量輸入作為速度限制和轉矩給定。這種條件下最大速度限制將由P1-01 限定。
增加P1-03 有助于在某些應用中在啟動時減小速度突變。
例子 1 : 可調轉矩設定，固定速度限制,
P1-12 = 0 (端子模式)
P2-01 = 0 (數字量輸入功能選擇)
P4-01 = 1 (轉矩模式)
P4-06 = 1 (雙極性模擬量輸入用作轉矩設定)
變頻器是端子控制模式，雙極性模擬量輸入為轉矩設定，如果數字量輸入 2 打開, 速度限制 P1-01 (最大速度限制)起作用. 如果數字量輸入 2閉合, 速度限制為預制速度1的值起作用.
不同的 P2-01設定將給出不同的選擇，包括外部報警輸入，通過預置速度的設定選擇不同最大速度限制等 。
轉矩控制模式, 最大速度輸出被速度設定值限制的。 面板控制模式下，速度設定由數字鍵控制端子模式下，取決于P2-01的設定功能.
例子 2 :變轉矩設定, 變速度限制
P1-12 = 0 (端子模式)
P2-01 = 19 (模擬量1 / 模擬量輸入 2 選擇)
P4-01 = 1 (轉矩模式)
P4-06 = 1 (雙極性模擬量輸入作為轉矩設定)
這種狀態下，最大速度限制是隨模擬量輸入動態變化的。第二數字量輸入必須閉合，所以第二模擬量輸入作為速度限制輸入。此時雙極性模擬量輸入作為轉矩設定輸入，第二模擬量輸入作為可變的上限速度輸入。
注意 如果速度限制和轉矩設定用同一個模擬量輸入，即數字量輸入二打開。那么速度限制由(P1-01)的值決定.
根據 P2-01的設定，同樣可以實現最大速度由預置速度決定。
在轉矩模式下運行，顯示估計的運行速度而不是設定速度。
聯系人：陳誠
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TMT 變頻器