丹佛斯变频器同步控制在玻璃压延机上的应用

引言：随着超白、超薄玻璃生产工艺要求的不断提高，原玻璃压延机采用的简单速度控制方法已经不能满足工艺要求。新的工艺要求压延时压延机上、下辊角度严格保持同步。丹佛斯变频器内置的运动控制卡可以很好地满足客户的要求。

 

一、工艺及电气控制要求介绍：

 

玻璃压延机机的主要机械结构如下图所示：

 

 

如图中所示：备采用了上下两个压辊，玻璃从两个压辊中间经过，完成压延。在压延过程中两个辊需要同步，使玻璃平滑。

 

下辊为主机，采用开环速度控制，控制较简单。上辊为从机，与下辊保持角度同步控制，此文主要讨论下辊的控制。另外玻璃行业需求特殊，要求设备不能够随意停机，需要一个较大容错性，因此上辊传动设计具体要求如下：

 

1. 运行模式有两种：单机运行和同步运行

 

   同步运行时，变频器控制从机，与主机保持角度同步控制；

 

   单机运行时，变频器按上位机的速度指令做开环转速控制。

 

2. Profibus-DP总线控制

 

   所以控制命令和状态信号反馈都通过现场总线实现。

 

3. 单机运行和同步运行模式可以在运行时无缝切换。

 

4. 现场总线通讯中断，不间断运行

 

   现场总线通讯故障中断时，变频器记忆故障前的总线命令，继续运行不停机。

 

5. 从机编码器故障，不间断运行

 

   同步运行模式时，变频器根据当前输出频率和编码器反馈，自动判断编码器信号是否正常。一旦发生编码器故障，不能发生大的转速波动，更不能停机，而是自动切换为开环转速控制继续运行，并发出信号通知上位机。

 

6. 主机编码器故障，不间断运行

 

   这主要靠上位机完成。

 

二、主要电气配置及结构

 

1．电气配置：

 

 

2．电气结构

 

   PLC与丹佛斯FC302变频器之间进行PROFIBUS通讯，通过PLC可以设置同步功能、非同步功能、等工艺参数；FC302变频器控制从机电机，以保证出标精度及响应精度。变频器通过MCO305运动控制卡，实现角度同步控制。MCO305运动控制卡内要编程，接收现场总线控制命令，发送各种状态信号，实现各种控制，如单机运行/同步运行模式切换，判断从机编码器故障等。

 

电气系统控制结构图如下：

 

 

三、软件开发过程：

 

1. 实现同步方式：

 

   位置/角速同步控制指令 -SYNCP：

 

   SYNCP指令是指从机与主机进行脉冲比例同步控制。现场由于上、下辊直径相等，故同步比例系数为1:1。

 

2. 现场总线通讯控制接口程序：

 

   通过伪数列PCD[ ] ，MCO305能读写Profibus-DP 现场总线的PCD数据。由于要实现单动模式，同步模式两种控制模式，因此与客户协商，重新定义了控制字 CTW。令CTW的Bit13为运行模式选择位，Bit13等于0时为同步模式，Bit13等于1时为单机模式。

 

   控制字 CTW例：

 

        同步模式起动CTW： 0x047C

 

        同步模式停止CTW： 0x043C

 

        单动模式起动CTW： 0x247C

 

        单动模式停止CTW： 0x243C

 

3. 从机编码器检测与故障自动切换为开环速度控制

 

   根据当前变频器输出频率，可以知道当前同步磁场的转速n0，从机编码器反馈转速n也是可以读出的。

 

   电机当前转差ns=n0 – n，正常运行的电机，实际转差ns不可能比额定转差大太多的，根据此原理，可以判断电机编码器反馈是否正常，如果发现编码器反馈不正常，程序自动切换为开环转速控制，并置位状态字STW的Bit4，通知PLC。

 

4. 主机编码器故障，切换为单动模式

 

   从机单凭自己无法判断主编码器信号是否正常，但是从机能将主编码器的转速信号通过现场总线返送上位PLC，PLC是知道主机的当前输出频率的，因此PLC可以算出主机当前转差，并判断主机编码器反馈是否正常，一旦发现主编码器信号故障，则PLC将从机切换到单机运行，以保证压延机不间断连续运行。

 

 

四、程序结构：

 

略

 

五、工作视频：

 

略

 

六、结束语：

 

现场实际运行过程中，完善的参数设置选项和监控功能保证了设备运行平稳高效。丹佛斯FC302变频器及内置的MCO305运动控制卡和MCA101 Profibus-DP现场总线通讯卡，完美实现了玻璃压延生产的工艺要求，既提高了产品的品质，又保证了设备能够可靠运行不停机，得到客户的一致好评。

 

参考文献

 

  [1] FC300编程指南.FC300 Programming Guide. MG33MI02. Danfoss 

 

  [2] MCO305设计指南. MCO305 Design Guide. MG33L502.Danfoss