TD3300應用案例

TD3300應用案例

一、廠家情況簡介

　　在國內繞組線拉絲機械制造方面是最大的廠家，年產拉絲機設備400多套，變頻器的用量主要集中在1KW，年

需400多臺，廠家主要設備有單變頻系統和雙變頻系統，單變頻系統使用11KW變頻器，拉絲部分和卷繞用一臺電

機驅動，卷繞控制采用機械完成，變頻器轉矩達到要求就可以了，這種設備成本較低，但機械部分復雜；雙變頻

系統的收卷部分采用3.7KW變頻器控制4KW電機，要求卷繞張力恒定，廠家控制板加安川變頻器的方法實現，成本

較高，控制系統繁雜。 目前市場壓力越來越大，廠家希望降低成本，希望卷繞部分采用變頻器直接進行控制的

方式，而用安川變頻器無法實現，所以廠家對其他的變頻器廠商開放了準入的機會，廠方首先在雙變頻系統上包

括11KW主驅動電機采用我司變頻器。


二、背景

　　銅線細伸機（拉絲機）工作簡要原理如下：



1.工作簡要原理：
ｎ級拉伸共用一臺11KW電機拖動，拉伸力來源于拉伸輪與銅線的摩擦力，摩擦力的大小與銅線的張緊程度

有關，整個拉伸系統各級之間依靠拉伸輪的轉速差別和線上張力傳遞來控制同步協調工作。工作時需用冷卻

油進行散熱。 繞圈部分用一臺3.7KW電機拖動，需要保持第ｎ級拉伸到繞筒之間線上張力恒定，若這一段張

力波動，則第ｎ級拉伸輪上的摩擦力就會波動，依此類推，整個拉伸系統就處于波動狀態，拉出的銅絲質量

會變差，甚至由于打滑將銅絲磨斷

2.系統控制要求：
11KW主驅動用通用變頻器模擬給定速度的方式，很簡單無特殊要求；卷繞部分用3.7KW電機驅動，要求

線上張力恒定，張力擺桿保持在恒定位置，我們試的就是這一部分。



3.控制難點：
　末級銅線極細，極易拉斷，卷滿銅線的卷筒很重，轉動慣量很大。 既要快速跟蹤主驅動的速度變化，

又要調節線上張力恒定，還不能有過大的抖動，同時卷徑的變化對輸出頻率與線速度的比例關系。

4.控制方案：采用頻率復合給定的方式
　　　　　　　　　　　　　　　F=F1×（D0/D）+ΔF

F為輸出頻率；F1為主設定頻率，利用主驅動變頻器的模擬輸出按空卷時對應的比例取得；D0為空筒卷徑D為

實際卷徑；ΔF為過程PID的輸出量，由變頻器內置PID實現，反饋信號為張力擺桿的輸出。

5.結果：

加減速過程和恒速運行都能保持穩定的張力，空卷起動運行、滿卷起動都沒問題， 最高線速2500M/MIN（變

頻器輸出頻率約100HZ）。


6.存在問題：
　　實驗系統上11KW主驅動用的是松下變頻器，工作在V/F控制方式下，如果停機狀態銅線沒有繃緊，當系統

開始起動時，因為打滑的緣故，主驅動沒有吃上載，隨著卷繞變頻器控制張力快速建立起來的同時，主驅動

的負載突然增加而轉速跌落很大，使線上張力急速變大，造成的結果要么是拉斷銅線，要么是引起PID調節的

振蕩，再者松下變頻器的模擬輸出在0~5HZ嚴重偏高，并且在60HZ就達到滿值。因為以上的原因，使系統起動

的開始部分象過關，一旦起動起來，其他的過程都沒問題。我們做實驗，起動前先手工將銅線繃緊，就能順

利起動起來。

　　 廠方電氣部的張部長對調試結果很滿意，對主驅動11KW松下變頻器的性能不足也很了解，要求下次將主

驅動的11KW變頻器換成我司的TD3000，把控制效果調到最佳。

　　　拉絲機的卷繞部分直接用變頻器控制目前還是第一次實現，永雄機械廠使用變頻器的品牌也很多，但

都不能對卷繞直接控制，以前采用的大多是伺服電機控制，系統成本不低，工藝復雜，廠方一直想用變頻器

取代。我司變頻器的成功應用，必將大大提升我司在拉絲行業的品牌，并對其他工控行業產生輻射效應。單

純就永雄機械廠來講，同類機械年產即四、五百臺，每一臺用一臺11KW和一臺3.7KW，其它設備使用的通用變

頻器若全采用我司的，數量也很可觀。通過永雄機械廠在同行業中影響，我司變頻器在拉絲行業的推廣將會

有很大優勢。

控制性能完全達到要求，無論起動、停機還是高速運行，收線張力都很平穩，起動、停機時間也可以調的比

較短，經過試驗，PID參數在比較寬的范圍內都能達到控制效果，使以后用戶的調試變的很簡單。在調試過程

中發現高速時張力擺桿會出現周期性的擺動，怎么調節PID參數也無法消除，后來發現擾動發生在排線器走到

兩邊時，停機觀察，原來是排線器沒有調好，使卷繞不均勻，兩邊緊靠邊的地方卷徑明顯比中間粗，擾動即

來源于此，換上新卷后，擾動消失。通過和上次調試情況對比，TD3000的性能優勢是非常明顯的，起動時觀

察電機運轉很平穩，模擬量輸出信號線形度非常好。我們調試用的拉絲機已經很舊，高速拉絲振動很大，控

制柜是99年DANFOSS的代理商給設計的。廠方很滿意調試結果，馬上要針對我司重新設計兩套控制柜，作為高

性能拉絲機樣機參加展覽，對我司在拉絲行業甚至整個工控行業的品牌提升將會產生很大影響。


（附）控制接線圖如下：



7.控制方案及功能碼如下
　　A、拉絲機的主驅動選用TD3000 11KW變頻器，采用端子控制、模擬速度設定，模擬輸出端子AO1設定為運

行頻率輸出，用來作為收線變頻器的頻率主給定和線速度反饋信號。可編程繼電器設為零速到達信號輸出，

控制系統的抱閘，X1端子設定為自由停車端子，用做非正常情況下的停機信號。

運行方式采用開環矢量控制，具有低頻轉矩大，運行平穩的特性，運行前先要對電機進行自動參數調諧。

參數設置如下：

　B、收線部分是系統控制的難點，對整個拉絲機的性能具有決定性的影響，要求收線張力恒定，張力可

用擺桿信號反饋。現場實驗時拉的銅線線徑只有0.2mm，張力稍微一大就會拉斷，而纏滿銅線的卷筒有幾十

公斤，因為慣量轉矩遠遠大于張力轉矩，所以用張力開環的方式行不通，而用張力反饋進行PID調節頻率的

方式，在加減速過程中很難快速跟隨。

根據以上情況，采用通過11KW主驅動變頻器的運行頻率和收線卷的卷徑計算出同步跟蹤頻率作為主給定頻率

，用張力反饋信號進行PID運算作為輔助調節頻率的方案。11KW的一個模擬輸出端口設定為運行頻率輸出，

信號為0~20mA，對應0到最大頻率，接到3.7KW模擬輸入口AI2，3.7KW變頻器的AI2改變跳線為電流設定，輸

入0~20mA對應0到最大頻率，最大頻率設為主驅動最大頻率時對應的收線電機在空卷時的頻率。卷徑來源選

用方案0——線速度卷徑計算法，線速度的來源也用11KW的模擬輸出，用AI2輸入，0~20mA對應0到最大線速

度，最大線速度設為主驅動電機最大頻率時對應的收線線速度。

線速度較低時，卷徑計算的誤差會比較大，所以應將最低線速度設為比較合理的值，當線速度低于設定的最

低線速度時，卷徑將保持，而不再進行計算，此時的卷徑變化非常慢，所以不會有影響。

收線變頻器的參數設置如下：