施耐德ATV320在光纤缠绕机上的应用研究

龚子华

（施耐德电气（中国）有限公司上海分公司，上海200062）

0 引言

（1）光纤缠绕机的缠绕部分停止时，放卷部分不能松光纤；加速时，放卷部分速度要相应提高且不拉断光纤；减速时，放卷部分速度要相应降低且不过分松开光纤。

（2）根据测力传感器、张力传感器的值来检测放卷部分变频器PID的效果。

（3）放卷与缠绕完美匹配，提高光纤缠绕机的自动化水平。

（4）项目利润微薄，成本控制对客户来讲尤其重要。

……

针对以上问题，本文基于施耐德ATV320变频器在光纤缠绕机上的应用，提出了设计方案与实现过程。

1 ATV320在光纤缠绕机上的应用过程

该光纤缠绕放卷机为全自动化缠绕制，HMI作为上位机，伺服运动控制器作为缠绕部分，ATV320作为放卷部分的控制器。伺服缠绕部分给出放卷命令，放卷部分根据缠绕部分发出的指令，做出相应的放卷动作。

1.1 ATV Logic程序编写

ATV Logic是施耐德调试变频器、伺服、软启等设备的编程软件Somove中的一部分。施耐德的ATV320具备简易编程功能，且可通过缠绕过程的控制输出来控制放卷部分的自动启动。

（1）客户提出要求，当AI2（0～10 V）大于0.1 V时，缠绕部分发出启动命令（DI1），变频器启动；当AI2小于0.1 V时，变频器停止。在ATV Logic中首先配置输入为模拟量Analogic，Parameter选择AI2。选择“≥”，并添加一个NUM块，点选择R1，并且将R1A、R1C串入变频器启动回路。所以搭建Logic，如图1所示。

图1 ATV Logic编程图

（2）将ATV320的R1的触点置锁一个点输出至RUN指示灯上，系统架构图与原理图如图2所示。

1.2 Somove参数设置

图2 系统架构图与放卷部分运行指示灯

（1）权限设置为高级，宏设置为PID调节，设置好电机参数，AI2配置为PID反馈，类型为电压，范围为0～10 V。

（2）PID算法及参数配置：在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器，它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数选定比较简单等优点，而且在理论上可以证明，PID控制器是一种最优控制。其计算公式如下：

光纤缠绕机的放卷部分就是应用ATV320自带的PID进行速度调节的。PID反馈分配选择AI2客户模拟量范围是0～7.7 V，所以最小值是0，最大值对应7 700。客户摇杆在水平位置为3.8 V，内部PID给定设置为3 000，可调节，根据张力的大小，如果偏上则调小，如果偏下则调大。此处内部PID的意思是中间值，换方向的位置的模拟量对应值。参数配置如图3所示。

图3 PID参数配置

（3）自动直流注入，防止缠绕部分停止时，放卷部分不松光纤，自动直流注入停车选择“连续”，静止时直流注入设置为0.5 A、时间1.8 s，意思是电机未运行、缠绕停机时，给电机一个扭矩，这样穿光纤时光纤不至于在卷盘上松掉，再次启动时直接放卷。

2 应用的优缺点

（1）ATV320节能效果：变频装置节能效果好，功率因数高，电机能效等级高。

（2）ATV320安装方式：书本型变频装置安装方便，所需横向空间小，且功率体积比高，转矩电流比高。

（3）安全性：内嵌的安全功能使其完全满足安全标准，实现机械安全不需要更多的外部设备，从而降低了成本。

（4）运行精度：变频运行精度高，可以实现精确调节，速度是由输出频率限定的，当负荷出现波动时，转速不变，当缠绕加减速时，可从容跟随缠绕部分的速度；全过程的张力检测与控制，确保了缠绕、放卷应力的一致性。

（5）准确放卷，自动直流注入，有效地防止了卷盘过分松弛或者拉断光纤等现象。

（6）进行模糊PID控制器的设计就是要确定其输入变量和输出变量，模糊控制器输入输出量均为确定量，进行模糊推理需要模糊量，所以必须进行确定量和模糊量的相互转换。

（7）维护费用：变频调速维护费用低，无人为干涉或人为干涉较少，在设备正常运行时无消耗品。

3 结语

目前国内外变频器要么就是成本高，要么就是PID效果不好或者不具备简易编程功能。自动化水平、稳定性和控制精度是光纤缠绕机的几个主要技术指标，而影响这几个指标的关键因素就是变频器的PID效果，ATV320的PID效果满足客户机型的要求，就目前的观察来看故障率也低，故已在客户端批量使用。

[1]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.

[1]施耐德电气（中国）有限公司.ATV320同步与异步电机变频器编程手册[Z]，2016.

[3]施耐德电气（中国）有限公司.ATV320同步与异步电机变频器硬件手册[Z]，2016.

[4]王兆宇.施耐德电气变频器原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2009.