一、引言　　隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流調(diào)速性能的持續(xù)不斷的改進(jìn)已經(jīng)使之可以與直流調(diào)速相媲美，由于交流調(diào)速較直流調(diào)速維護(hù)簡單、成本低廉，因此變頻器調(diào)速技術(shù)已逐步替代直流調(diào)速廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工等各個領(lǐng)域。本文將介紹艾默生公司EV1000變頻器在彈力絲機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用并著重介紹該系列變頻器在閉環(huán)控制上的實現(xiàn)。該系統(tǒng)是根據(jù)化纖行業(yè)彈力絲機(jī)的工藝要求，采用PLC和數(shù)臺艾默生公司生產(chǎn)的EV1000變頻器組成RS485通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多個變頻器的閉環(huán)控制和PLC集中監(jiān)控。二、彈力絲機(jī)工藝要求和工作原理　　彈力絲機(jī)的彈力絲機(jī)傳動結(jié)構(gòu)如圖1，該系統(tǒng)左右完全對稱共有七臺變頻器，每個羅拉、黑輥均由一臺變頻器拖動，假捻器由一臺變頻器拖動。其主要工作過程為：絲從紗錠經(jīng)一羅拉牽引，經(jīng)上溫箱加熱后，再由二羅拉牽引經(jīng)假捻后通過下溫箱定型，最后由黑輥牽引經(jīng)油箱并最后卷繞到紗筒上。工藝上設(shè)定二羅拉的線速度為基準(zhǔn)速度，并按一定的牽伸比設(shè)定給一羅拉、黑輥、假捻器。因為牽伸比的不同使得一羅拉和二羅拉，二羅拉和黑輥之間存在著彈力。該系統(tǒng)線速度控制要求高，僅靠開環(huán)控制不能達(dá)到控制要求，因此需要采用變頻器的PI閉環(huán)控制功能。
圖1 彈力絲機(jī)傳動示意圖 三、電氣傳動系統(tǒng)構(gòu)成
圖2 彈力絲機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 　　我們根據(jù)該設(shè)備工藝要求組成如圖2所示的傳動控制系統(tǒng)，可編程控制器通過RS485轉(zhuǎn)換器與EV1000自帶的RS485接口組成通訊鏈路，文本顯示器通過RS232和PLC連接。在系統(tǒng)設(shè)計中，可編程控制器為整個系統(tǒng)的核心，執(zhí)行各種系統(tǒng)操作及計算。文本顯示器為整個系統(tǒng)的操作設(shè)置顯示單元。在文本顯示器上可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，如變頻器的啟動、停止，工藝參數(shù)的設(shè)定。并且可以實時監(jiān)控全機(jī)的工作運行狀態(tài)、動作過程及全機(jī)的故障查詢等。系統(tǒng)中有關(guān)的參數(shù)設(shè)定和各種操作都通過文本顯示器實現(xiàn)人機(jī)對話和操作。　　在變頻器設(shè)計方面，EV1000系列變頻器自帶RS485接口的通訊單元，符合RS485通訊規(guī)范，用于實現(xiàn)PLC與多臺變頻器的聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)一定的通訊協(xié)議，我們可以通過RS485網(wǎng)絡(luò)輕松實現(xiàn)對變頻器的運行控制。由于RS485通訊鏈路傳輸距離遠(yuǎn)、配線簡單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此在設(shè)計中，我們省略了變頻器的外部起?？刂凭€路，對變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成?！　≡谵D(zhuǎn)速控制方面，我們利用EV1000系列變頻器的閉環(huán)控制功能，用霍爾傳感器測量電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速并反饋給變頻器，這樣就組成了速度閉環(huán)。EV1000系列變頻器內(nèi)置的PI閉環(huán)控制的動態(tài)響應(yīng)好、控制精度高、使用簡單靈活?，F(xiàn)場試驗表明，采用這個方案可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，能有效防止因負(fù)載的變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，滿足了彈力絲機(jī)的控制要求。對于單回路PI控制對象而言，EV1000優(yōu)異的控制性能是采用PLC程序控制來完成回路調(diào)節(jié)所無法比擬的。四、PLC與EV1000系列變頻器的通訊1．通訊鏈路的構(gòu)成　　如圖3所示，在系統(tǒng)中，主機(jī)PLC和EV1000系列變頻器RS485總線構(gòu)成一個通訊鏈路，在協(xié)議層次采用廣播式主—從協(xié)議，所有的通訊發(fā)起都從主站開始，從站響應(yīng)主站的各項通訊指令。
圖3 EV1000 RS485網(wǎng)絡(luò)通訊示意圖 2．通訊協(xié)議簡述　　在網(wǎng)絡(luò)中，PLC為主站，EV1000變頻器分別設(shè)定為地址互不相同的從站，設(shè)定范圍為1—31，這樣各站點由唯一的標(biāo)志碼識別。EV1000變頻器采用主機(jī)“輪詢”，從機(jī)“應(yīng)答”方式。其通信方式為RS-485；數(shù)據(jù)格式為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗；波特率為9.6Kbps。變頻器接收控制的通訊協(xié)議如下：
格式解釋：1）幀頭： 7EH “ ~ ”2）從機(jī)地址 ： 1 ~126 7FH 127號地址為廣播通信地址3)主機(jī)命令/從機(jī)響應(yīng)： 主機(jī)發(fā)送的命令從機(jī)對命令的應(yīng)答4）索引區(qū)：數(shù)據(jù)含義包括輔助索引字節(jié)和命令索引字節(jié)對于主機(jī)輔助索引預(yù)留命令索引用于配合主機(jī)命令實現(xiàn)具體功能對于從機(jī)輔助索引用于從機(jī)上報故障狀態(tài)碼命令索引不作改動直接上報5）設(shè)定數(shù)據(jù)據(jù)/運行數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)含義配合具體的命令響應(yīng)碼提供主機(jī)設(shè)定或從機(jī)響應(yīng)數(shù)據(jù)6）校驗和：計算方法從“從機(jī)地址”到“運行數(shù)據(jù)”已經(jīng)轉(zhuǎn)換為ASCII碼的全部字節(jié)連續(xù)累加和。7）幀尾 ：0DH3．系統(tǒng)的通訊實現(xiàn)方法概述根據(jù)彈力絲機(jī)的功能要求，本系統(tǒng)主要使用以下通訊指令：● 從機(jī)開機(jī)● 從機(jī)停機(jī)● 速度閉環(huán)給定● 無單位顯示量　　其中需要注意的是從機(jī)的地址及相應(yīng)的校驗和。速度閉環(huán)給定指的就是工藝更改時，我們根據(jù)基準(zhǔn)速度和各軸的牽伸比算出各軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速并發(fā)給相應(yīng)的變頻器。無單位顯示量指的是讀相應(yīng)地址變頻器的實際反饋轉(zhuǎn)速。設(shè)計中需用到具體操作命令的通訊協(xié)議如下表：

名稱	上位機(jī)命令	輔助索引	命令索引	運行數(shù)據(jù)設(shè)定范圍	上位控制變頻器（C語言字符串格式，從機(jī)地址為1）	運行數(shù)據(jù)精度	說明
從機(jī)開機(jī)	O2	0O	0O	無	~010200000183r	無
從機(jī)停機(jī)	O2	0O	O7	無	~01020007018Ar	無
速度閉環(huán)給定F5.06	O4	0O	6C	0~9858	~0104006C03E80271r	1rpm	設(shè)置功能碼F5.06=1000rpm
無單位顯示量	O1	0O	O4	無	~01010040186r	無

五、控制系統(tǒng)中變頻器參數(shù)的設(shè)定　　變頻器的參數(shù)設(shè)定是系統(tǒng)實現(xiàn)中的一個重要環(huán)節(jié)，本文針對與本系統(tǒng)重要相關(guān)的參數(shù)作一個簡介。下表給出了這些參數(shù)的工作特性：

功能碼	名稱	設(shè)定值	內(nèi)容
F0.00	頻率給定通道選擇	2	數(shù)字給定3，串行口給定
F0.03	運行命令通道選擇	2	串行口運行命令通道
F0.05	最大輸出頻率	60.00Hz
F0.12	上限頻率	60.00Hz
F2.08	停機(jī)方式	1	自由停車
F5.00	閉環(huán)運行控制選擇	1	閉環(huán)運行控制選擇有效
F5.01	給定通道選擇	0	數(shù)字給定
F5.02	反饋通道選擇	6	脈沖
F5.07	脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)	1
F5.12	比例增益KP	0.05	需要現(xiàn)場調(diào)整
F5.13	積分增益Ki	0.05
F5.14	采樣周期T	0.5s
F5.15	偏差極限	0
F7.07	多功能輸入端子X8功能選擇	46	單相測速輸入

　　需要注意的是：對于速度閉環(huán)參數(shù)P（比例）、I（積分時間）、T（采樣周期）及偏差極限的設(shè)定需要在實際的現(xiàn)場中調(diào)整。六、實際應(yīng)用效果　　通過用戶一年多的長期使用表明，彈力絲生產(chǎn)線上采用EV1000變頻器加轉(zhuǎn)速傳感器構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制并通過RS485通訊介質(zhì)構(gòu)成一個由PLC和多個變頻器組成的通訊鏈路來實現(xiàn)彈力絲生產(chǎn)線控制是一種十分經(jīng)濟(jì)、可靠和理想的控制方案，該技術(shù)有許多值得借鑒的優(yōu)點：1） 采用通訊控制變頻器，具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)的特點。2） 采用變頻器自帶的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)功能，減少了系統(tǒng)的硬件成本及編程量。而且動態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速控制精度高，可以控制速度在±1轉(zhuǎn)/分左右，完全滿足工藝控制要求，使產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。3） 操作簡單，速度的設(shè)定調(diào)整只需在文本顯示器上設(shè)置基準(zhǔn)速度和牽伸比即可，系統(tǒng)的開機(jī)、關(guān)機(jī)也只需按文本顯示器上相應(yīng)的按鈕即可。4） 實時監(jiān)控性能高，可以在文本顯示器上清楚地看到實時的各軸速度及各種報警事件。使用戶能夠快速、及時地掌握系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)。　　總之將此技術(shù)運用到彈力絲控制系統(tǒng)上，可以使整個系統(tǒng)精度高、響應(yīng)快，故障很少且易于排除，產(chǎn)品質(zhì)量也有了顯著提高，得到用戶的好評，應(yīng)用效果十分明顯。（自動化網(wǎng)竹逸編輯）