水箱拉丝机是子午线轮胎用钢帘线生产企业的关键设备，其收卷控制是变频器跳舞轮位置反馈控制。由于生产速度快，用量大，加上环境比较恶劣，因此要求采用性能优异，稳定性好，质量可靠和抗腐蚀能力强的变频器。我厂为拉拔0.22毫米以下线径的钢帘线定制了160型新型水箱拉丝机上，全部选用了丹佛斯最新推出的FC系列变频器作收卷和主传动驱动，取得了很好的运行效果。

一、160型水箱拉丝机的工作原理

160型水箱拉丝机放卷为被动式放卷，主牵引为15kW交流异步电机，收卷用3kW交流异步电机，设计最高线速度为20米/秒。收卷为了与主机线速度同步并保持恒定张力，引入跳舞轮缓冲机构。由于跳舞轮上未安装伺服气缸，因此在正常运行过程中钢丝的张力只与跳舞轮及其上配重块的重量有关，而与跳舞轮的位置无关。
根据动滑轮的物理性质，跳舞轮的位移P_Dancer与卷绕线速度V_wind、V_Line有如下关系：

可见收卷线速度同步控制的控制要求，可以转化为跳舞轮位置控制的要求。

二、收卷跳舞轮控制函数分析：

为适当简化方程，假设只用PI调节，忽略微分，则PID调节器的传递函数为：

上面的方程表明跳舞轮位置反馈控制等效于以钢帘线的线速度为输入变量的二阶控制系统。下面就主机工作于匀速和匀加速（减速）两种不同的工况分别分析跳舞轮位置控制的控制特性。

综合上述分析结果，为了得到稳定而且波动幅度较小的控制系统，需采取以下措施：
1、选用高性能的变频器，提高驱动系统响应速度，减少滞后时间；变频器的转矩过载能力要强，转速响应要快，必要时考虑转速闭环磁通矢量控制
2、系统在加减速时是最不稳定的，线速度的加减速时间不能太快；
3、数字控制系统运算与采样时间要快；
4、增加钢丝绕在跳舞轮上的圈数，可以减小振幅；
5、要加入微分控制。

三、电气控制系统构成：

下图为电气控制系统构成图。

主机采用丹佛斯FC301-15kW变频器，开环转速控制。使用丹佛斯特有的VVC^plus控制功能模式，能确保开环转速控制精度 ±0.5%。

收卷采用丹佛斯FC301-3kW变频器，跳舞轮位置反馈信号直接接入变频器的模拟量输入端口，变频器工作在闭环工艺控制模式。FC301变频器内部系统程序扫描时间为5mS，这个执行速度很好地保证了数字PID调节器的采样和运算速度，有助于提高系统稳定性。为了提高收卷驱动系统的响应速度，变频器的正负转矩限制都设为最大值（出厂为160%）；变频器的加减速时间设为1秒钟。加减速时间设得更短我们也试过，但是发现对减小系统波动影响不明显，反而由于机械负载的惯性，易使变频器进入过转矩保护运行模式。收卷变频器要外接能耗制动电阻，因为虽然在收卷运行工况下，电机平均输出功率是正的，但是由于驱动系统响应速度较快，瞬时可能因为急速减速而进入发电机工作模式。

四、变频器参数设置和调试：

丹佛斯FC系列变频器可以简单地通过其内置的USB连接到计算，通讯连接成功以后就能使用丹佛斯公司的MCT10软件方便地调试和设定变频器参数。
图六为MCT10软件显示的FC301变频器的参数设置（部分）。

优化PID调节参数
卷绕控制的特点：同样的一套PID调节参数，匀速时易于稳定，波动也较小；而加速时就不易于稳定，而且因为跳舞轮位置有静差，波动幅度也较大。因此PID调节参数主要针对加减速过程予以优化。MCT软件有数字示波器功能，通过实时观测线速度和跳舞轮位置在加减速时的变化曲线，能很方便地调整调节参数。

下图是用MCT10软件的示波器功能拍摄的线速度-跳舞轮位置变化图

运行结果：全部采用丹佛斯FC301系列变频器的新型湿拉机第一次投入6台样机试机，连续运行3个月，运行状况良好。第二批60台预计2008年第一季度将投入使用。

钢帘线行业需要用到大量卷绕控制，使用丹佛斯FC300系列变频器内置的PID调节功能作收卷跳舞轮控制能满足高速运行的要求。此控制方式可以扩展到放卷控制的场合。对于加速度要求极高的应用，则可以考虑使用丹佛斯提供的“线速度前馈+自由PID”的专有控制方式。由于丹佛斯FC300系列变频器极高的质量稳定性和抗恶劣环境能力，使整机故障率大大降低。

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丹佛斯变频器通过跳舞轮位置闭环反馈控制在拉丝机应用中的实践

二、收卷跳舞轮控制函数分析：

三、电气控制系统构成：