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臺達VFD-B系列變頻器在噴涂同步傳送設備中的應用中達電通股份有限公司

The Application of Delta Inverter of VFD-B series for Spray-painting Synchronizition Transmission Equipment<BR> 中達電通上海機電業務處李強<BR> Li Jiang <BR> 摘要: 同步傳送在自動噴涂設備工作過程中有其特別的重要性。本文討論了臺達VFD-B系列變頻器的速度死循環控制在自動噴涂同步傳送設備上的應用.VFD-B系列變頻器是向量控制全數字交流馬達驅動器，具有典型的死循環控制特性,全數字菜單參數設定.文章通過噴涂生產線電氣控制系統的實現說明了VFD-B系列變頻器的優越性能及快速動態響應特性.<BR> 關鍵詞: 變頻器 PG04卡編碼器<BR> Abstract: The synchronizition transmission has special importance in the equipment working process of automatical spray-painting. This paper discussed the application of speed dead circulation control in Delta inverter of VFD-B series for synchronizition transmission equipment of automatical spray-painting. The Delta inverter of VFD-B series is an AC motor driver that applies vector and whole digital contol mode, and has a typical control characteristic of speed dead circulation, and the setting of menu and parameter uses whole digital mode. The paper explained that it has excellent performance and fast dynamic response characteristic through realization of electric control system in pray-painting<BR> Key Words: Inverter PG04 card Encoder<BR> [中圖分類號] TP273 [文獻標識碼] B 文章編號 <BR> 1 引言<BR> 一般設備或部件在出廠前都要經過噴涂處理，自動噴涂設備工作過程是通過輸送鏈條將待噴涂物送入高溫烘箱中，經過一系列烘烤過程使涂料附著在待噴涂物上，然后由傳動鏈條送出，經工人從鏈條上取下檢查，其合格品送入倉庫。對其電氣控制系統要求是能根據不同的噴涂物調節輸送鏈條速度，從而保證足夠的高溫加熱時間，顯然輸送鏈條速度慢高溫加熱時間長，速度快高溫加熱時間短，從理論上看實現起來似乎應該是非常簡單的。但是由于輸送鏈條較長，使用單臺電機拖動輸送鏈條非常困難，在設計中一般采用兩臺電機，其中一臺確定為主傳動電機，而另一臺為從傳動電機。問題是如何保證這兩臺電機同步運行？如果兩臺電機不同步，將導致輸送鏈條出現堆積或斷裂現象，致使生產無法進行，因此同步控制問題的解決在鏈條皮帶傳動中是一個關鍵性的問題，采用高性能通用變頻器的控制策略就可以實現主、從電機運行的同步。<BR> 2 高性能通用變頻器的控制策略<BR> 由于電機運行是受變頻器驅動的，如果兩臺變頻器的輸入/輸出可以調整就有可能實現主、從電機運行的同步，因此有必要對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機供電時，可以實現無級平滑調速，起動和停車都很方便，但是，調速時有靜差，精度不高，調速范圍不過1:10左右，而且也不能像直流調速系統那樣提供很高的動態性能。要實現高動態性能，必須研究實現高性能的控制策略，這里有兩種控制策略，即矢量控制和直接轉矩控制，各有特色。矢量控制系統的特點是:采用由轉子磁鏈決定d-軸方向的dq同步旋轉坐標系，把異步電機的定子電流分解為其勵磁分量和轉矩分量，得到類似于直流電機的轉矩模型，再采取措施把非線性系統變換成兩個獨立的轉速和轉子磁鏈的子系統，從而模仿直流電機分別用PI調節器進行控制。直接轉矩控制系統舍去比較復雜的旋轉坐標變換，僅在兩相靜止坐標系上構成轉矩和定子磁鏈的反饋信號，并用雙位式砰-砰控制代替線性調節器來控制轉矩和定子磁鏈，根據二者的變化，選擇電壓空間矢量的PWM(SVPWM)開關狀態，以控制電機的轉速。值得注意的是，無論是矢量控制系統，還是直接轉矩控制系統，都需要轉速閉環控制，所需的轉速反饋信號來自于電機同軸的速度傳感器，對于高性能系統一般都用光電碼盤，其成本、安裝、可靠性都有問題，如果能取消光電碼盤而保持良好的控制性能，顯然會大受歡迎，這就是無速度傳感器的高性能調速系統。作為高性能的通用變頻器都希望采用無速度傳感器控制。<BR> 3 主從變頻器同步控制功能實現<BR> 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。系統啟動時主變頻器的輸出頻率高于從變頻器的輸出頻率，也就是說主電機速度高于從電機的速度，因此鏈條處于拉伸狀態，位移傳感器根據拉伸程度相應地給出的信號逐漸減小，主變頻器降速，直至最終和從變頻器處于同速狀態。但是由于電機和鏈條之間是皮帶傳動，所以從電機會有丟轉現象從而造成實際應用的主從不同步，鏈條有被拉伸的噪音，改進的方法是加上PG速度閉環精確速度控制轉速死循環后，噪音幾乎消失。本文選用的臺達B系列變頻器采用無傳感器向量控制方式，具有自動轉矩補償，轉差補償功能，啟動轉矩在1Hz時可達150%，過載能力150%額定電流持續一分鐘，輸出頻率0.1Hz至400Hz可調，調節范圍寬，同時具有開環向量、死循環向量等各種控制方式。自動噴涂設備采用的是V/F+PG速度死循環控制，其目的就是解決其輸送待噴涂物時鏈條堆積或斷裂問題，經用戶使用，效果非常好，大大提高了生產效率，有效地解決了生產過程出現的鏈條堆積或斷裂問題。<BR> 4 同步控制變頻器調速系統構成<BR> 主、從電機同步的變頻器調速系統結構示意圖如1所示。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2006889544198920.bmp" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2006889544198920.bmp" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 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并可迭加輸入,其中一路模擬輸入還必須可以接受負電壓信號（如AUI為-10到10V）,模擬輸出為0-10V的電壓信號，必不可少的功能就是變頻器要有速度死循環控制，如圖1中的PG環節。臺達變頻器VFD-B為高功能向量控制泛用型，該型變頻器可根據工況選擇，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)。 <BR> VFD-B型變頻器有以下特點：<BR> •向量控制及V/F控制MODBUS通訊格式；<BR> •馬達參數調適（Auto tuning）參數密碼鎖定；<BR> •16段速、15段可程式運轉PG速度回授控制（選購）；<BR> •內含PID回授控制自動調適加減速時間；<BR> •具啟動速度追蹤模式*4段加減速獨立調整。<BR> 5 結束語<BR> 上述討論的變頻器同步調速系統已在相關企業投入運行，實際運用效果表明，與改造以前的系統相比，該系統設計安裝周期短，現場接線大大簡化，調試簡單，可靠性得到顯著提高。由此可以說明臺達變頻器轉速死循環控制具有良好的動態響應特性，完全可以運用于自動噴涂設備及其它類似對同步要求比較高的應用場合。<BR> 參考文獻[略]<BR> 作者簡介<BR> 李強（1978-），男，工程師，主要從事工業自動化系統工程開發和技術支持工作。<BR>