590P系列直流调速器在双螺杆挤压造粒机主机调速中的应用！

基于直流电机作为双螺杆挤压造粒机主拖动系统的特性要求, 详细介绍了590P系列直流调速 器的基本原理、主要功能, 并以 590P系列直流调速器为例详尽阐述了它的使用方法以及内部参数的设定等。590P系列内部参数设定系统具有全面详尽的控制参数调整菜单以满足各种直流电机拖动系统的调控要求。

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前言

挤压造粒机是广泛应用在橡塑机械行业的重要 设备, 直流电机由于具有调速范围宽广 、调速特性平滑 、过载能力较强 、启动转矩大 、运行稳定等优点, 因而被广泛地应用到挤压造粒机主拖动系统中 。直流调速器作为控制直流电机运行的关键设备, 使其在挤压造粒机控制系统中发挥了核心控制作用。

590P系列直流调速器是双螺杆挤压造粒机主 机调速中的主要设备, 它是模块化设计, 模块结构合理, 安装空间小, 更换维护都非常简单 。590P系列的控制核心采用 32位微处理器组成的单片机 。运算速度非常高, 完全能够满足电机模型的复杂算法,满足 IGBT快速打开关断的要求, 能够获得非常完美的控制波形 。590P系列直流调速器内部使用双闭环机构, 即电流环和速度环, 每一个控制环的参数完全独立, 速度环可以选择外部的速度反馈或内部电压反馈, 电流环使用内部电流传感器反馈 。能够满足各种现场总线的要求, 无缝连接到各种 DCS系统, IO点可自定义, 输入电压为 380 ～ 690 V的宽泛电压, 输出电压通常为直流 440 V。

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双螺杆挤压造粒机概述

同向双螺杆挤出机是塑料加工行业中的重要设备 。主要由机械部分和电气部分组成, 电气部分的正常平稳运转是双螺杆挤出机机械部分正常运转的保证 。如图 1所示为同向双螺杆挤出机的简单示意图, 主要由筒体系统、喂料系统 、传动系统和筒体加热冷却系统组成 。它的筒体是积木式的, 根据生产物料要求的不同而可长可短, 图 1所示的是八节筒体 。每节筒体外面包着一个加热器, 筒体里面有水道来降低筒体温度, 水的流动由电磁阀控制, 共有七个电磁阀 。每两节筒体形成一个回路, 通过 PID的计算来控制温度的恒定 。挤出机头部有压力的检测, 压力的最大值不得高于 10 MPa。挤出机的中部有真空泵 、真空阀 、油泵 、水泵, 后部有主电机 、喂料电机, 电接点油压表和水压表 。电气控制系统主要包括各种电机的电气拖动控制和筒体温度控制两大部分 。具体有主电机 、喂料电机的转速调节 ;传动机械部分润滑系统压力检测 ;筒体部分的恒温控制 ;真空系统稳定控制 ;熔体压力 、温度的监测及相应的自动联锁 ;主机速度的稳定调节是最核心的控制内容 。

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590P调速系统速度控制

直流电动机的机械特性方程为 :n=U/C e Υ-TR/Ce C t Υ2

式中 :n——— 电机转速 ;U——— 加在电枢回路上的电压 ;R——— 电动机电枢电路的总电阻 ;Υ——— 电动机磁通 ;Ce ——— 电动势常数 ;C t ——— 转矩常数 。

此公式是调速器的理论基础, 也是直流电动机的调速公式, 改变加在电动机电枢回路的电阻 R、外加电压 U及磁通 Υ中的任何一个参数,就可以改变电动机的机械特性, 从而对电动机进行调速 。如图 2所示连续不断地改变施加在电动机两端的供电电压Us 可以改变直流机的转速 。在这套系统中通过触摸屏给定速度, 由 PLC进行数据处理后给定 0 ～10 V的电压信号到直流调速装置的 Ug 端来调节电机的输出转速 。590P装置采用双闭环系统进行直流调速, 即速度环和电流环, 分别调节调速器的速度和电流, 两者的方框图如图 2所示 。图中, 速度反馈信号由测速发电机 TG取出, 加到速度调节器 As 的输入端, 组成外环, 电流反馈信号由电流互感器 TA取出, 与 As 的输出信号 U gi 混合后, 送入电流调节器Ac , 经比例积分环节处理后产生 U k 去触发装置控制晶闸管, 构成内环 。Ug =0, 两组晶闸管不输出电压,电动机停止 ;Ug >0, VF输出正压, 电动机正转 ;U g<0, VF输出负压, 电动机反转 。根据 :Ud =2.34U a cosα可知, 改变晶闸管的触发角可控制晶闸管的输出, 以改变电动机的电枢电压 。

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590P调速器原理图设计

双螺杆挤出机调速系统中主电机调速通常选用直流调速器, 其他调速电机选用交流变频器 。表 1是其中一种 SHJ-92双螺杆挤出机调速系统选用的电机 ( Z4280-21) 和直 流调速 器 ( 591P/0380/500/0011)的参数表, 图 3为 590P调速器的具体接线图 。

4.1　主回路

把 380 V三相交流电连接到 L1、L2、L3端子, 在主回路上安装快速熔断器和交流接触器用以保护调速器 。电机的电枢端子连接到 A+与 A-, 电缆截面积的计算应有一定的余量, 距离不能太长, 励磁连

接到 D3与 D4端 。主机接触器的线圈连接到 3与4, 4 为主 接触 器线 圈 N, 3 为 火线, 电压 为 交流220 V。

4.2　速度回路

A1与 A4端加 0 ～ 10 V的直流电压, 0 V代表电机零转速, 10 V代表电机额定转速, 调整 A4的电压就能改变电机的转速 。测速发电机的实测转速连接到 G3与 G4,电压通常为 110 V。

4.3　启动停止

C9与 C3闭合调速器即运转, C3为启动 /运行的信号端, C9为 +24 V电源 。

4.4　状态信号

B6为输出的信号是调速器正常运转, B7为输出的信号是调速器零速, 这三个状态信号可以实现与 PLC的简单通讯, 表明调速器的运转状态 。

4.5　其他信号

TH1与 TH2连接电机的测温元件, 当电机不能测温度时必须短接 。L与 N是控制板的电源, 电压220 V。A7与 A8是模拟量输出端子, 可以自定义输出的变量, 实现重要模拟量的监控 。

4.6　控制逻辑

调速器的控制逻辑 、保护 、启动停止都是通过PLC完成的, 当 PLC的输出节点使 KC16闭合时, 调速器启动, 当调速器内外部没有故障时, KM自动闭合, 控制主回路上电, 调速器进入调速状态, 等待调速信号, 同时 KC2、KC3指示无闭合, 表示调速器无故障 。当操作员在触摸屏上增加螺杆转速时, 转速通过 PLC的模拟量输出端口转换成 0 ～ 10 V的信号加在 A4输入端, 根据加在 A4输入端的电压, A+、A-输出相应的电枢电压, 电机就可以按要求的转速旋转起来 。控制逻辑如图 4所示 。

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调试方法

5.1　励磁控制方式

在励磁控制中有两种反馈的控制方法 :一是电压反馈控制 ;二是电流反馈控制 。电压反馈是通过测量励磁端电压作为控制励磁端电压的反馈量, 通过它能恒压励磁端电压, 但不能恒电流, 因此不能恒定励磁磁场, 对电机的控制不是很理想 。在欧陆590P调速系统中励磁控制方式选择了 “电压控制 ”,励磁弱磁启动会被系统自动锁定, 不会启动 。电流反馈是通过测量励磁电流作为控制励磁电流的反馈量, 通过它能恒流励磁电流, 此方式可以很好的恒定励磁磁场 。

5.2　弱磁控制方式

在欧陆 590P调速系统中励磁控制方式选择了“电流控制 ”, 励磁弱磁启动选择 “启动 ”, 电机就可以运转在弱磁阶段 。

5.3　速度控制方式

电流控制与电压控制都是驱动器对电机进行驱动的不同的方式 。所谓的电压控制指的是驱动器使用端电压作为反馈源的一种闭环控制方式, 电压作为反馈源对电机的转速 、力矩控制得都不是很好 ;电流控制指的是驱动器使用电流作为反馈源的一种闭环控制方式, 电流反馈方式能很好地控制电机的转矩, 配上精确的速度反馈能将电机控制得很稳定 。为保证良好的控制精度和机械特性, 多数应用都是使用电流控制方式, 电压控制方式不推荐使用 。欧陆 590P驱动器应用很方便, 两者的转换不用改变外部的任何线路, 只需改内部参数就可以。

5.4　调试方法

5.4.1　参数修改方法

590P调速器内部参数的组织结构为树形, 它分成四层, 逐层向下, 第四层是需要修改的参数值, 可以使用 “E”、“M”、“←”、“↑”四个键在参数之间移动, “M”到下一层, “E”到上一层, “ ←”、“ ↑”同一层移动 。

5.4.2　主要参数设定 (见表 2 ～表 5)

( 1)参数保存

按 M键 直到 出现 DIAGNOSTS(诊 断 ) 后, 按“←”键找到 PARAMETERSAVE, 按 M进入, 然后按“←”键, 参数自动保存 。按 E键一直退到底 。

( 2)调速器参数复位

同时按住面板上的 “ ←”、“ ↑”键, 然后送上D7、D8控制电源, 参数会自动复位 。

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故障报警分析及处理

590P调速器内部的数字电路对堵转 、速度反 馈 、缺相 、脉冲丢失 、过热 、磁场过流 、电枢过压等故障能自动检测, 有效执行保护, 并由发光二极管电路进行状态显示 。590P调速器随时监控着电机的运行情况, 可以减小电机及调速器受到大的损害, 报警和可能出现的原因如下 :

OVERSPEED超速 :速度反馈信号超过了额定速度的 125%。

HEATSINKTRIP散热器过热跳闸 :调速器的散热温度太高 。检查风机是否正常, 如不正常检查电源板上的熔断器和旋转 方向 ;检 查通风槽 、过滤器是否堵塞 ;检查电枢电流是否合乎调节器的校准值 。

THERMISTOR热敏电阻 :电机温度过高 。检查 鼓风机是否故障 ;检查空气过滤器是否堵塞 ;检查电枢电流是否合乎调节器的校准值 。

3-PHASEFAILED三相故障 :检查调速器内高速晶闸管组件保护熔断器 ;检查调速器下面电源底盘编码熔断器 ;检查调速器的主电压 。

OVERVOLTS过压 :电机电枢电压超过了额定电压的 120%。电枢连接不良 ;励磁电压 、励磁电流环 、速度环 、弱磁反电势调节不好 。

SPEEDFEEDBACK速度反馈 :速度反馈和电枢电压反馈之间的差值大于 “速度反馈报警电平 ”的参数值 。检查模拟测速发电机极性是否正常 ;测速发电机是否正常工作 ;测速发电机到调速器间的信号电缆是否完好 。

ENCODERFAILED编码器故障 :无速度反馈 。检查参数是否设置到编码器反馈 ;检查测速发电机到调速器间的信号电缆是否完好 。

FIELDOVERI励磁过流 :电机的励磁电流超过校准值的 120%。

FIELDFAIL励磁故障 :在励磁控制模式时, 励磁电流小于额定电流的 6%;电压控制模式时, 励磁电流小于 50 mA。检查励磁接线 、励磁电阻 ;检查励磁电压是否正常 。

STALLTRIP堵转跳闸 :当电机禁止时, 电流超过了堵转阈值比堵转延时更长时间 。

OVERTRIP过电流跳闸 :电流反馈值超过了额定电流 280%。300%的负载不超过 15 ms或 325%的负载不超过 6.6 ms是可以接受的 。

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结 论

本文基于 590P系列直流调速器的性能和特点, 结合直流电机作为双螺杆挤压造粒机主拖动系统的特性要求, 详细介绍了其调速系统的基本原理 、主要功能 、使用方法以及内部参数的设定等内容 。在数百套挤压造粒装置的应用中, 590P系列直流调速器显示出其优越的调速性能以及稳定的运行状况, 对装置的运转和稳定生产提供了可靠保障 。590P系列内部参数设定系统所具有的全面详尽的控制参数调整菜单满足对各种电机特性的调控, 菜单简化明了, 使用方便, 因而被广泛应用到各种装置的直流拖动系统上, 很好地满足了装置的性能要求和生产需要 。