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臺(tái)達(dá)變頻器、編碼器在自動(dòng)分條機(jī)上成功應(yīng)用

中達(dá)電通股份有限公司

內(nèi)容摘要
本文主要介紹分條機(jī)的用途、工藝要求、控制方式、控制難點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)的方法、調(diào)試過(guò)程，重點(diǎn)介紹了如何用臺(tái)達(dá)V系列的變頻器實(shí)現(xiàn)張力控制，以及轉(zhuǎn)矩控制時(shí)應(yīng)該注意的調(diào)試步驟、過(guò)程及參數(shù)的設(shè)定。

前言
膠帶、保護(hù)膜生產(chǎn)設(shè)備主要包括各種膠粘制品及無(wú)膠紙類、布類、皮革類、多種塑料制品類物料的上膠、多層貼合、分條、復(fù)卷、分切、沖型機(jī)械等。分條機(jī)主要將寬幅整卷材料切成短幅材料，包括放卷和收卷兩個(gè)過(guò)程，張力控制是難點(diǎn)。中達(dá)為客戶提供的方案在原有控制的基礎(chǔ)上不增加任何其它費(fèi)用，選用兩臺(tái)V系列的變頻器作為收放卷，運(yùn)用轉(zhuǎn)矩控制方式達(dá)到了非常好的效果。

系統(tǒng)構(gòu)成
1．硬件組成

2．系統(tǒng)框圖

（1）.設(shè)備圖片

多功能貼合復(fù)卷分條機(jī)

（2）.系統(tǒng)控制框圖

圖1

工藝要求及控制原理

1.工藝要求：

　�。�1）. 恒張力控制：張力的給定通過(guò)張力控制器。張力控制器控制的原理是通過(guò)檢測(cè)收卷的線速度計(jì)算卷徑，負(fù)載轉(zhuǎn)距=F*D/2（F為設(shè)定張力，D為當(dāng)前卷徑），因此當(dāng)設(shè)定了張力的大小，因?yàn)楫?dāng)前卷徑通過(guò)計(jì)算已得知，所以負(fù)載轉(zhuǎn)距就算出來(lái)了。張力控制器能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)的0～10V的模擬量信號(hào)，對(duì)應(yīng)異步電機(jī)的額定轉(zhuǎn)距。所以我們用該模擬量信號(hào)接入變頻器，選擇轉(zhuǎn)距給定。這樣在整個(gè)收卷的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，能夠保證張力的恒定。

　�。�2）.轉(zhuǎn)距模式下，對(duì)速度進(jìn)行限制。在張力控制模式下，不論直流電機(jī)、交流電機(jī)還是伺服電機(jī)都要進(jìn)行速度限制，否則當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距能夠克服負(fù)載轉(zhuǎn)距而運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，而使轉(zhuǎn)速不斷增加，最終升速到最高速，就是所謂的飛車。如圖1所示，收放卷的速度是通過(guò)主軸B系列變頻器的模擬量輸出AFM而限定的，也就是將主軸B系列的變頻器上3—05（模擬信號(hào)輸出選擇）參數(shù)設(shè)定為03（頻率指令輸出），如下圖所示。將該信號(hào)分別接到收放卷變頻器的模擬量輸入端口上，作為頻率給定和上限頻率的設(shè)定信號(hào)。

　�。�3）.零速?gòu)埩�，�?dāng)收放卷以0Hz運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出軸上有一定的張力輸出，而且可調(diào)。該要求主要是防止當(dāng)收放卷運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中停車，再起動(dòng)時(shí)能夠保證收放卷的盤頭不會(huì)松掉。在該控制系統(tǒng)中，可以通過(guò)調(diào)整張力控制器上的初始張力設(shè)定而達(dá)到要求。

　　
2．控制原理

　　（1）.恒張力控制的原理

　　已知空芯卷徑Dmin=200mm，滿卷卷徑Dmax=1200mm；線速度的最大值Vmax=90m/min，張力設(shè)定最大值Fmax=50kg(約等于500牛)；減速比i=9；速度的限制如下:因?yàn)?V=π*D*n/i(V—線速度、D—卷徑、n—轉(zhuǎn)速，對(duì)于收卷電機(jī))→收卷電機(jī)在空芯卷徑時(shí)的轉(zhuǎn)速最快。所以:90=3.14*0.2*n/9→n=1290r/min。

　�。�2）.因?yàn)槲覀冎雷冾l器工作在低頻時(shí)，交流異步電機(jī)的特性不好，激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性。因此在收卷的整個(gè)過(guò)程中要盡量避免收卷電機(jī)工作在2HZ以下.因此:收卷電機(jī)有最低速度的限制.計(jì)算如下：對(duì)四極電機(jī)而言，其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p→n1=1500r/min（f1—為額定頻率、p—為極對(duì)數(shù)、n1—同步轉(zhuǎn)速→2HZ/50HZ=N/1500→n=60r/min。當(dāng)達(dá)到最大卷徑時(shí)，可以求出收卷整個(gè)過(guò)程中運(yùn)行的最低速：V=π*D*n/i→Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min。張力控制時(shí)，要對(duì)速度進(jìn)行限制，否則會(huì)出現(xiàn)飛車。因此要限速。

　　（3）.張力及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:如果F*D/2=T/i（F—張力、D—卷徑、T—轉(zhuǎn)距、i—減速比）→F=2*T*i/D，對(duì)于3.7kW的交流電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:T=9550*P/n→T=24.88N.m（T—電機(jī)的額定轉(zhuǎn)距、P—電機(jī)的額定功率、n—為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速），所以Fmax=2*24.88*9/0.6=74.64N。

調(diào)試過(guò)程及參數(shù)設(shè)定

1．PG04的接線

2．調(diào)試過(guò)程

　�。�1）.電機(jī)的自整定

將驅(qū)動(dòng)器的所有參數(shù)恢復(fù)成出廠值。
將電機(jī)軸與負(fù)載脫開。
將電機(jī)額定電壓01—02、電機(jī)額定頻率參數(shù)01—01、分別正確填入數(shù)值。
將參數(shù)05—00設(shè)定為1，然后按Keypad RUN的命令，此時(shí)立即執(zhí)行電機(jī)的自動(dòng)整定。執(zhí)行約2min的時(shí)間（功率越大，要將加減速時(shí)間設(shè)定長(zhǎng)一些）。
執(zhí)行后檢查05—02、05—06～05—09、05—12、05—16～19參數(shù)是否已自動(dòng)將測(cè)量的數(shù)據(jù)填入，若沒(méi)有請(qǐng)?jiān)俅卧O(shè)定05—00參數(shù)，RUN一次。

　　（2）.閉環(huán)矢量試運(yùn)行

　　將運(yùn)行方式設(shè)定為面板起動(dòng)，頻率給定方式為面板給定。運(yùn)行方式為V/F+PG將頻率設(shè)定成10Hz，然后運(yùn)行，觀察變頻器是否會(huì)報(bào)PG報(bào)警，如果報(bào)PG報(bào)警，則將10—01設(shè)定為1（原來(lái)為0，反之設(shè)定為0），然后斷電重新上電。再次按運(yùn)行按鈕，確保變頻器不再報(bào)警，同時(shí)按Mode鍵，切換置顯示運(yùn)行頻率，觀察運(yùn)行頻率是否在10Hz上下波動(dòng)，確保閉環(huán)矢量運(yùn)行調(diào)試完成。

　�。�3）.轉(zhuǎn)距控制參數(shù)設(shè)定

　　主軸VFD037B43A參數(shù)設(shè)定：

　　01—00——————50 最大操作頻率
　　01—01——————50 最大電壓頻率
　　02—00——————1 第一頻率來(lái)源（AVI）
　　02—01——————1 第一運(yùn)轉(zhuǎn)指令來(lái)源（外部端子起動(dòng)）
　　03—05——————3 頻率指令輸出

　　收放卷VFD037V43A參數(shù)設(shè)定

　　00—04—————40 觀察上限頻率
　　00—20—————2 頻率指令來(lái)源(外部模擬量輸入)
　　00—21—————1 運(yùn)轉(zhuǎn)指令來(lái)源（外部端子起動(dòng)）
　　01—00—————50 最大操作頻率
　　01—01—————50 最大電壓頻率
　　00—12—————1 第一加速時(shí)間
　　00—13—————1 第一減速時(shí)間
　　03—00—————4 AVI上限頻率限定
　　03—02—————1 轉(zhuǎn)距給定
　　03—09—————110 模擬量輸入增益（AVI）
　　03—11—————200 模擬量輸入增益（AUI）
　　10—00—————1024 編碼器線數(shù)
　　10—01—————1 編碼器方向

結(jié)論
當(dāng)應(yīng)用V系列變頻器做張力控制時(shí)，一定要考量控制介質(zhì)能承受的張力范圍，保證張力控制的范圍不能太小。一般張力范圍在幾百牛頓甚至更大時(shí)，用變頻器做張力控制是能滿足客戶的需要的。如果張力范圍太小，是無(wú)法用變頻器進(jìn)行張力控制的。所以在做類似應(yīng)用時(shí)，還是要了解清楚客戶的要求，以免無(wú)法達(dá)到客戶的要求。