6ES7321-1CH00-0AA0库存

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台达C200系列变频器是包含高频输出功能的通用变频器，丰富的功能和良好的驱动适应性使它在多种应用场合表现出色；高速主轴电机能够实现高速运转，除了凭借电机本身的高速特性，还需要有一台能够驱动其稳定运行的高频输出驱动器。

本文将介绍C200变频器高频输出功能应用在某机床所配置的主轴驱动系统，变频器输出频率达到3333.3Hz，实现四主轴电机转速达到100000转。

调试设备为用于某机床的高速主轴电机，电机为闽台某高速主轴，该电机数为4，功率0.65kW，额定电压180V，额定频率3333.3Hz，电机额定电流4A，用户对变频器调试的要求为：速度开环平稳启动的前提下，电机转速达到100000转额定转速平稳运转。C200高频版本VF控制模式在该场合为适用。

下面将介绍C200高频版本驱动电主轴的调试过程。

调试步骤：

变频器上电前，检查配线是否正确，接地布线是否良好。

00-02=9  恢复出厂设置（基底频率50Hz），检查机种代码00-00是否与机型相符

基本参数设置

VF控制模式是依照电机本身适用的VF曲线对变频器进行参数设置，终达到变频器输出电压频率曲线符合电机的VF特性。

01-00=3333.3  操作频率3333.3Hz

（设置前需确定当前变频器为高频版本）

01-01=3333.3  电机额定频率3333.3Hz

01-02=180  电机额定电压180V

（由于驱动器默认额定输出电压参数默认为220V,所以运转前确认已经将额定电压改为电机额定电压180V，否则有损毁电机的风险）

高速电主轴带载工作时，一般需要作过转矩限制或电流限制，以确保主轴不会因过转矩或电流过大而损坏，所以一般在机器运转前需要设置保护参数：

06-06=4    出现过转矩OT1报警后，立刻停止运转

06-07=50   过转矩报警电流准位

06-08=1    过转矩时间准位1s

06-12=70   变频器输出大电流限制

01-12=10  01-13=10   加减速时间均为10s

参数设置完成。

用软件查看运转时的波形。

为电机从100000转开始，进行多次减速加速运转时的波形，可见，在加减速时间为10s的情形下，由于减速时电机回升能量造成变频器直流母线电压上升，触发变频器过电压失速防止功能，直流母线电压达到失速防止准位时，输出频率停止减小，电压恢复正常时，输出频率才继续接近给定频率，说明变频器的失速保护功能能够有效的控制变频器输出，防止失速，保了设备的正常运转。

台达C200变频器的高频版本支持3333.3Hz高频输出，驱动高速电主轴的典型应用，能够满足机床、加工对主轴系统的速度要求，进一步拓宽了C系列变频器在机床行业的应用范围。

1原轧机设备简述

    本轧机是用来把高碳钢从一块热板轧成一个冷轧的带圈，并且能以2重或4重辊型进行工作。主传动电机是通过一个传送比为2的齿轮箱同支承辊或工作辊连接，电动机的速度从零速到基速是调节发电机的输出直流电压值来变动的，而基速至速则是通过提高输出频率(基频频率)来实现的。在进行热轧时，可以用2重或4重，而且只使用主传动机构，两个圈卷机不运转，位于主传动电动机和支承工作辊之间的变速箱有两种速率，高速时6:4:1，低速时12:8:1。在进行冷轧时轧机通常处于4重情况，使用6:4:1的比率的齿轮传动。圈取机的传动与此相同，每个驱动装置由一个发电机和电动机机组组成，用两个电动机目的是为了方便的调节可控张力的调节的范围，在低张力范围，把一个电动机脱离连接，而两个连接在一起的电动机被供高张力范围使用。电动发电机组由三个传动发电机组成，它们分别给主传动装置、左、右圈取机供电。全部发电机组由一个三相感应电动机驱动。

2轧机电气系统改造方案

2.1原轧机的技术数据：

    主传动电动机：一台，SC06/2020型350V，686A，400/1200转/分;

    圈取传动电动机：四台，CF2805型250V，168A，1000/1250转/分;

    主传动电机工作车速：250米/分;

    寸动引带速度：25米/分。

2.2传动系统的改造方案[1]

    原控制系统采用的是旋转变流机组供电的直流调速系统是属于五六十年代的产品，该方式设备多、体积大、费用高、效率低、运行噪音大、维护不方便、输出回路采用分离元件作的模拟控制，控制精度差，无法实现智能化控制，对于轧钢机的控制系统主轧钢机、卷饶机、开卷机在工作时是个时变的，非线性的，采用模拟控制方法非常不便。

    改造后系统采用台达CT2000系列变频器，CT2000系列变频器支持DEB，在轧机工作过程中如果出现紧急制动时方便能量在直流母线上馈送，而且其支持多种总线通讯协议，适用于恶劣的工作环境，控制装置使用交流380V的3相标准交流输入电压，提供SPWM输出电压，可用于交流电机的调速控制，其具有众多优点：

    (1)装置可以实现复杂的控制算法，这是简单模拟技术无法实现的;

    (2)标准软件模块与可组态的软件控制电路相结合;

    (3)通过串行线路，可其他装置或主机通讯;

    (4)再生控制功能，可以通过组建公共直流母线的运行方式，在公共直流区接入制动电阻，方便轧机快速往复工作的需要;

    (5)发生故障时，人机接口便自动显示报警，同时自动保护停机。

2.2.1主轧机的控制

    主轧机的控制采用恒转矩控制方式，将原来的变流旋转机组控制直接改为用一台CT2000变频器拖动交流电动机来实现。由于负载较重，所以在工作过程中上升时采用一个S斜坡函数发生器这一模块来实现给定积分器的功能，使实际加到速度环的输入信号是一个平稳上升的斜坡信号，改变给定积分器的积分时间即可改变斜坡信号的上升斜率。

2.2.2可逆轧机的控制

    可逆轧机有两个相同的卷筒，根据轧制方向能起卷取和开卷作用，两组传动装置是相同的，只是在卷取和开卷时的操作方法上有所不同。带钢的张力控制可分为间接张力控制和直接张力控制。

    间接张力就是充分利用CT2000丰富的内部模块，把卷取或开卷的线速度给定、张力给定信号转换成电机的电流和转矩控制信号，以达到恒张力的控制的目的。

    直接张力控制是用实测张力作为反馈信号，与给定信号相比较，用张力调节器，组成张力闭环对张力进行调节。从理论讲直接张力控制系统是在转速闭环基础上套上一个张力环，组成双闭环系统。但是比一般的系统复杂，主要表现在以下几个方面：卷径和转动惯量均为变参数;张力矩在双闭环系统的设计中，负载力矩是外部扰动，但在轧钢系统中张力是系统输出量，张力矩是系统内部固有的反馈量。当考虑张力矩时，转速环的设计不能按一般的双闭环设计方法;卷取开卷机与主轧机间的带钢的动力学特性及数学模型都较复杂，在动态过程中带钢的张力与动态速变存在一个时间滞后的关系，其参数是变量。故我们采用间接张力控制的方法，通过前向通道把在一定的卷径、张力给定下需要的电机转矩计算出来，再把它转换成特定磁通下的电流给定值输出，同时张力值，把张力偏差经张力调节器计算后再折算成实际卷径下的调节张力矩加到的力矩上，对张力进行调节。这种控制方法实际上也是直接控制电机的力矩，通过控制力矩来实现对张力的控制。由于由前向通道输出的转矩值是经过补偿的方法计算出来的比较的值，它能够基本保持张力恒定。再加上直接张力控制环的调节作用，以达到张力的控制。

    动态补偿：在实际运行中常有加、减速的，如单靠张力调节器进行调节，可能会因调节不及时造成张力波动，这就要求在加程中为了保持张力不变，电磁转矩中应该附加负的动态转矩以补偿需要放出的能量;在减速中则应附加正的动态转矩以补偿卷绕机构惯性所吸收的能量。

3控制系统组成及功能实现[2]

    五台台达变频装置通过软件组态，由西门子S7-300PLC 进行速度设定、张力设定，运行程序控制及各种连锁顺序操作等。输入和参数修改通过一台西门子的OP270操作屏来完成。五台变频调速装置采用公共直流母线的接法，通过内部电气连接和软件使五台装置成为一个整体。S7-300与变频调速器、OP270操作屏组成现场总线控制网络，协议采用RS485，完成整个轧机操作控制。

本系统主要有以下几部分：

    (1)轧机、开卷机、卷取机分别由五台交流电动机拖动，由台达公司生产的VFD-CT2000系列矢量型变频器输出来控制电机;

    (2)为达到所规定的张力范围，开卷机及卷取机分别有两台电机组成，这两台的变频装置采用公共直流母线的方式通过内部电气连接和软件配合使两台装置成为一个控制整体，通过速度反馈实现转矩控制;

    (3)轧机的速度给定，寸动速度、张力大小可直接在操作屏进行调节;

    (4)在速度变换的过程中可自动进行惯性补偿，补偿量可在操作屏上进行设置;

    (5)在操作屏上实时显示线速度，电机电流，张力值。压下吨位显示;

    (6)当带材断裂，有警铃工作，电机自动停止运行。

4所选用的变频器应用设置及说明

4.1变频器的接线结构图

    为实现上述功能，所选用的五个传动点变频器接线结构。

随着我国城市化进程的加快，建筑机械行业也迎来了其发展的期。塔吊作为建筑施工的机械设备，产能逐年递增。

普通塔吊的上升、下降、停机功能都是通过接触器-继电器控制来实现，起机瞬间冲击大，对机械结构和机构的损坏较严重；运行速度不可调，影响施工企业效益，停车稳定性差。

采用变频控制，可实现塔吊起升的启动加减速、制动过程的无级调速，减小了起停机时电机对机械系统的冲击，提高了电机运行过程中的平稳性和舒适感，延长了设备的使用寿命，大地提高了工作效率。这个案例中的用户，就是采用了台达起重行业的向量变频器CH2000，设备运行效率大增。

1  CH2000变频器特点

台达以新世代驱动技术推出起重行业的向量变频器CH2000，具有大启动转矩、高过载能力的特性，可满足冲击性瞬间负载及高过载、重负荷等应用，适用于起重、运输、数控机床等特殊控制需求。以其优越之性能，无瑕之结构，内赋大启动转矩，高过载能力之特性特别适合提升应用之冲击性负载、重负荷之应用，达成快速响应，平稳之运行。

高过载能力：重载单一设定，高耐受力，电流过载能力150% 60秒；200% 3秒。

大启动转矩：控制模式FOC+PG可以在低转速下，产生高达200%的初始转矩，速度控制稳定度高。

快速反应性：**快速响应冲击性瞬间负载。

弹性化设定：弹性化设置转矩输出与电流限制参数，保护设备不受突发冲击而损坏。

减速能源再生：瞬间断电时，电机可减速至停车以避免损坏，并在电源恢复时，追速启动。

双模控制：感应马达与永磁马达控制双机一体，可控制位置、速度和转矩。

高速通讯网络：提供多种通讯RTU网络和现场总线选配卡，支持RS485、Profibus、Devicenet、EtherNet等通讯协议。

智慧型逻辑控制：内置PLC和CANopen协议高速通讯总线，可轻易进行多形性系统整合。过载能力：额定电流150%可达60s；200%可达3s

2  塔吊介绍

塔吊是一种动臂装在高耸塔身上部的旋转的起重机。作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转三部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。

3  技术参数

案例中的塔吊是一台平头塔，位于江西宜春的某施工工地，大载荷5t，大幅度50m，详细见以下参数表。

3.1塔吊型号 TC5010

3.2起升电动机

电机型号：YZTP120M- 4-J12004

额定功率：15kW

额定电流：29A

额定转速：1467r/min

额定电压：380V

生产厂家：江西特种电机股份有限公司

数量：1台

3.3变频器：VFD-185CH43A

额定输出电流：38A

额定输出容量：30KW

过载能力：额定电流150%可承受 60s；200%可承受3s

载波频率：5~15kHz

4  应用特点

使用了台达CH2000变频器的塔吊相比未使用此变频器的塔吊具备以下几方面的应用特点：

1、由于建筑机械装机量大、覆盖面广的应用的特点，所以建机企业希望减少设备使用的难度。这里就采用的VF开环控制的简单方式，不需要做自整定以及接驳编码器线，省去很多中间环节。

2、简单良好的抱闸控制，通过RY2继电器输出控制制动器。参数使用29号功能，放闸频率根据现场而定，一般设置2-3Hz即可。如果开闭闸运行效果不好再使用63号功能将开闭闸分开调整参数加精细。

3、为提高变频器运行状态的稳定将载波频率降到。

4、需要3档不同速度运行，可通过多段速度功能进行实现。

5、应用轻负载提速功能，但负载判断交由力矩限制器作判断，变频器只需要提供工频运行功能即可，本系统频率限制为75Hz运行。如客户需要变频器进行判断也可通过变频器的轻负载提速功能全部实现。

1  前言

吸塑成型技术即塑料片（板）材热成型加工技术，又叫热塑成型，是塑料二次加工工业技术中的一种。利用真空泵产生的真空吸力将加热软化后的PVC、PET、PETG、APTT、PP、PE、PS等热可塑性塑料片材经过模具，真空压力使片（板）材变形，达到要求的形状和尺寸，或贴附着于各种形状产品的表面，辅以配套工序，实现应用目的。

2  系统介绍

吸塑成型设备包括夹持系统，加热系统，真空和压缩空气系统及成型模具等几部分。塑性塑料片材的吸塑成型过程，主要工序之一就是片（板）材加热。本机使用的是红外线加热方式，红外线的传热形式是辐射传热，具有穿透力，内外同时加热，效率良好升温，热惯性小，不需要暖机即可开始工作。                      

3  DT3温控器

台达新一代温控DT3，支持快0.1S的采样周期，提供多种优越控制模式与自整定功能：Self-Tuning, FUZZY, PID, ON/OFF, Manual，其中新研发的Fuzzy模糊控制功能可在设定温度与实际有温差时在一定范围内动态调整多组PID各项参数。当检测与SV有较大差异时，系统立刻重新计算PID，以达到快速反应的效果。图中可看出，当干扰进入和干扰消失时，FUZZY PID反应速度都较传统PID很多，快收敛。

DT3的三色LCD显示屏幕，提供简单明了的视觉界面，可直观地显示出仪表目前的运行状态。如发生温报警等异常状态，就可借助显示色差提醒用户及时处理。另外，DT3还提供强大的功能扩展性，如RS485、事件输入、变送输出、远程遥控输入、CT电流检测功能模块，应用具弹性。

吸塑机加热区域面积较大，需要数十个陶瓷红外加热片一起工作才能达到要求加热功率，并且使整个加热区域的温度基本一致。模具闭合后，材料表面的散热大致相同，只要所有加温区域的加热片的输出功率一致，温度就可保持稳定。

吸塑成型过程为：送板（片）材－－－－-合模－－加热软化－－－－-吸塑成型。

陶瓷红外加热片是易损配件，日常维护需要经常检测每路工作是否正常，一般检测其工作时电流是否在正常范围，DT3的CT电流检测功能正合此要求。

用DT320RA-0202作为主控制，检测点的温度计算温度差值，输出PID控制运算输出量。DT3的输出接到台达SX2 PLC的输入。到DT3输出信号时，PLC打开多个输出通道，如此可以 1个探头控制多个温控区域。

通过PLC选择红外加热管对应数量的输出通道，可以选择各种不同大小加温区域。例如16个红外加热片，则SX2扩展16个DO输出通道。通过HMI和DT3的485通讯功能，可以读取写入温度设定值SV及测量温度值PV，以及PID系数等其它参数。

DT3提供多两个CT，大支持100A的电流检测。CT输入分别侦测输出一、输出二的电流，相对应的输出“ON”时，PLC接通DO导通SSR，负载流过电流，利用CT线圈量测陶瓷加热片汇总电源线的电流，即可以测量出对应电流是否在正常范围。

DT3还可设定ALM1或ALM2其中一路报警为CT警报，设好CT上下限范围，若电流过设定警报范围，警报输出继电器就会闭合。通过485通讯，DT3的寄存器1182H和1183H的内容分别为CT1和CT2电流值，可以方便地读取到HMI上显示。

日常维护检测各个区域陶瓷片时，设定好CT警报，DT3检测加热器汇总电源的接线，配合PLC逐个区域选通，即可方便地检测每一个加热器件工作是否正常。

现有方案简洁，但如需要地控制每个加热片对应点的温度，可以采用台达多路温控模块DTE。一个红外片区域连接DTE的一个通道，直接使用DTE温控器PID计算和多路输出控制SSR固态继电器，不需再通过PLC。可以地控制温度，只是成本会有所提高。

4  结束语

用户只需在原有控制方案上添加一台DT3，就能实现佳控制加热片，控制效果良好、方案简易、调试，且克服了此前控制速度较慢、程序计算量大、负载电流检测方案复杂的缺点，提高了设备的工作效率，达到了事半功倍的效果。

作者简介：

邬奕荣，男，出生于1984年，毕业于暨南大学电子信息工程。现任台达集团——中达电通股份有限公司仪表产品开发处专员，从事仪表产品市场开发及产品应用推广，对电子、锂电、塑机、木工、窑炉行业及相关产业控制和仪表应用有丰富开发调试经验。