S5300/5350 张力变频器应用
一,概述
在金属制品生产及加工中，直进式拉丝机是最常用的一种制造设备，在以前通常都采用电动机组及力矩电机来实现，但其控制的灵活性、自动化程度及能耗上，传统的控制方式越来越不适应行业的发展。随着控制技术和变频调速技术的大量推广，变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用，系统并可借助 PLC 来实现拉丝速度、品种设定、过程闭环控制、定长控制等功能。 直进式拉丝机，是由多台拉伸电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。由于不锈钢金属丝特性比较生脆，且不允许钢丝在模道内打滑，因此容易在拉伸的过程中拉断，故严格要求金属丝在各级模道中线速度同步，这样，对各级电机的同步控制性能、速度稳态精度以及电机的动态响应的快慢都有较高的要求。
二,控制系统的描述
直进式拉丝机,简易电气控制示意图如上图，本系统共使用五台 S5300 高性能矢量变频器实现拉伸部分的传动控制，和一台 S5350 高性能变频器配备 PG 卡进行收卷控制。每个模道前面都装有摆臂，采用位置传感器可以检测出摆臂的位置，用于检测金属丝的张力，该信号（0~10V）作为 PID 的反馈。6 台电机都采用变频异步电机，同时带有机械制动装置。拉丝机系统的逻辑控制较为复杂，因工艺不同也有所区别，各级联动，由 PLC 控制。同步方面的控制则由变频器内部控制，其工作原理是：根据操作工在面板设定决定作业的速度，该速度的模拟信号进入 PLC，PLC 考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC 输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的 AVI 输入端，作为频率的主给定信号。各摆臂位置传感器的信号接入到对应的模道变频器作为 PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置，设定一个 PID 的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的 PID 控制系统，一级连一级，PID 作为微调量与主给定作为叠加。
本拉丝系统的稳定状况在很大程度上取决于 PID 作用速度、变频器控制电机的转速精度、输出转矩的响应速度等，为了提高电机运行速度的稳态精度，在很多情况下也采用有 PG 矢量控制技术来调节拉伸电机的速度，因此对其参数的设定必须考虑周全，在低速、中速、高速，以及加速和减速速等情况都需要加以考虑。
另外，收卷部分，是由 S5350 加 PG 卡来实现的。收卷线速度是由最后一级（第五级）模道控制变频器提供，作为卷径计算的线速度信号。系统的张力可通过电位器设定，收卷级变频器采用转矩控制，需要在收卷电动机的轴上安装编码器，编码器接入 S5350 的 PG 卡，作为电机转速的采集输入。
其控制原理如下
通过收卷的当前线速度（模拟量 AVI 输入），计算出当前收卷的卷曲直径。计算方程式如下：D=（i×N×V）/(π×f)
其中: i－－机械传动比; N－－电机极对数;V－－线速度; f－－当前匹配频率.
由设定的张力和卷筒的卷径（由线速度卷径计算模块获得）计算出变频器的输出转矩。
计算方程式为：T =（F×D）/（2×i）
其中：T－－变频器输出转矩; F－－张力设定;D－－转筒的转径; i－－机械传动比.从而控制电机输出相应的转矩，达到线材上张力 F 的恒定。
S5350 张力控制专用系列，增加了转动惯量补偿，可以很好地解决张力控制系统在加、减速的过程中，因克服系统惯量而出现的张力不稳定的现象。
整个拉丝系统开动时，六台变频器同时起动，逐渐调节线速度给定，使系统加速，最终达到要求的生产线速度。
三,总结
在拉丝机的控制上，S5300/S5350 变频器构成的电气控制系统，结构简单、逻辑清晰，成本与原来相比还有较大的降低，而且在拉丝工艺，节能上来讲，都是非常优良的方案。实践证明，此控制方案，在同步和恒张力收线控制上完全能够满足工艺要求。
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