艾默生TD3300變頻器在表面處理生產線中的應用

摘要：本文介紹了艾默生TD3300變頻器在表面處理生產線中的調試過程，通過這一次的TD3300調試，對艾默生TD3300變頻器各種控制的原理和調試方法有了比較深入的了解。
關鍵詞：艾默生TD3300變頻器 表面處理生產線 調試 張力
一、初始方案介紹
表面處理生產線是對布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學材料的過程，整條生產線都使用的是艾默生的TD3000系列變頻器，在生產線的最后環節－收卷，使用的是艾默生TD3300變頻器。生產線的后半段環節工藝圖（牽引三和收卷一、二）如圖1所示：

1、 牽引三的變頻器為TD3000 5.5KW，控制4KW電機，減速比為35，牽引輥為300mm；
2、 收卷一、二為TD3300 11KW變頻器，控制11KW電機，電機額定轉矩為70N.m，Ie＝24.8A，兩臺收卷電機輪流工作；
3、 收卷條件：
4、 卷徑變化范圍：216～1500mm
張力變化：200?！?800牛
減速比：43
按照以上要求，計算出收卷時需要最小轉矩為：
Tmin＝Dmin×Fmin/（i×1000）＝216×200÷43÷1000＝1，
變頻器輸出轉矩為：1/70＝1.45％，
最大時變頻器輸出轉矩為：Tmax＝Dmax×Fmax/i/Tn＝89.7％；
按照計算出來的轉矩變化，范圍大，而且在最小轉矩時，所需轉矩太小，而TD3300變頻器，作開環張力控制時，實際上是轉矩控制，轉矩控制的精度比矢量變頻器的速度控制要低得多，我們的變頻器要求轉矩最小輸出達到10％以上，而且要求Tmax/Tmin最好小于7，從這一方面考慮，使用開環張力控制很難實現這種工況下的控制。綜合分析現場的工況，因無法實現轉矩控制，由于還裝有一個張力傳感器，可以考慮作速度模式下的張力閉環控制。
二、 方案修改
修改后的方案如下圖2所示：

速度模式下的張力閉環控制，為矢量變頻器普通速度模式下作PID閉環控制，頻率指令由PID輸出調節量和同步匹配指令疊加構成，在此方案中，避免了因轉矩變化范圍過大而無法控制的局面，同時，由于頻率指令由同步匹配指令和PID調節輸出疊加，可以減少PID的調節量。
同步匹配頻率指令的計算方程式：
f＝（V×p×i）/（D×π）
V－材料線速度
P－電機極對數
i－機械傳動比
D－卷筒的卷徑
變頻器的運行頻率：
f1＝f＋△f
△f為PID調節輸出量
卷徑計算：厚度積分法
根據材料的厚度按照卷筒旋轉的圈數進行卷徑累加（收卷）或遞減（放卷），因每層只有一圈，設定每層圈數為1，計圈的方法通過編碼器（PG）獲得，材料變化時，通過總線通訊由觸摸屏直接修改材料厚度參數。
線速度信號：
通過前級牽引艾默生TD3000變頻器的AO1模擬端子輸出信號給艾默生TD3300變頻器的AI2模擬輸入端子，調整AO1的增益和零偏，保證模擬量和線速度的對應關系。
三、調試過程
按照系統設計接線完畢后，開始調試過程。
1、 張力反饋裝置的調整：
測試張力傳感器的曲線，在調整之前，其傳感器的輸出范圍0～2V，對應張力為0～2000N，考慮到其變化范圍太小，不好控制，聯系三菱公司的技術人員對傳感器做了一定的調整。主要是擴大輸出范圍為0～10V對應0～2000N。
2、 線速度信號一致性的調整：
計算最大線速度：
Lmax＝N×D×π/（i×60）＝1470×0.3×3.14/（35×60）＝40米/秒
艾默生TD3300變頻器設置：FC.03=40 最大線速度
艾默生TD3000變頻器設置：F6.08=0 運行頻率輸出
F6.10=－1.00％ AO1零偏
F6.11=1.1 AO1增益
適當調整艾默生TD3000變頻器的AO1輸出零偏和增益，保證艾默生TD3000變頻器運行在50HZ時，
其AO1端子輸出為20mA，通過艾默生TD3300變頻器AI2顯示為10V，在零頻運行時，艾默生TD3300
顯示0V。由于考慮到系統需要進行點動控制（此時TD3000不運行，只運行收卷變頻器），
設置AO1輸出偏移－1.0％，使得在牽引三不運行的情況下，能保證收卷有較小的線速
度輸入，在全線啟動前進行點動控制，將多余的布先卷起來。
3、 電機自學習：
系統中牽引、收卷變頻器都為高性能的矢量控制變頻器，為保證系統的控制精度和性能，在正常使用之前，要求要進行電機參數的自辨識，在做參數自辨識時，將電機所帶的減速箱脫離。

4、 其他參數的設定
根據系統的方案，設定的參數如下所示：

設置加減速時間為1S，保證收卷變頻器能夠快速響應，及時跟蹤牽引變頻器的輸出。同時，設置牽引艾默生TD3000變頻器的加減速時間為120S，使其變化比較緩慢，保證系統在加減速過程中的穩定性。
（2）、張力控制參數設定

變頻器工作在速度模式下的張力閉環控制，張力設定通過參數數字設定，也可以通過總線通訊由觸摸屏直接修改此參數值。卷徑來源采用厚度積分法，材料厚度為0.18mm，在后期根據材料的變化，再通過觸摸屏修改此參數。
（3）、過程PID控制參數

（4）、通訊參數

整個系統通過總線通訊控制，變頻器的起停信號、收卷之前的變頻器的頻率給定都由觸摸屏設定PPO模式選擇為3。
5、 系統調試
在調試過程中，主要出現了兩個問題，困擾了很長時間：
（1）、設置參數后，在運行過程中，每隔一段時間（大約3分鐘）就出現一次很大的波動，張力值從設定由穩定的4V跳到在0V～10V之間波動。首先懷疑的是PI參數沒有調整好，反復地修改兩組PI參數，包括采樣時間TI、偏差極限，都是效果不明顯，無法解決問題。接下來懷疑設備的機械問題，和信遠的朱工一起檢查設備的機械情況，看是否有機械上面的原因，導致運行過程中出現周期性的波動，結果也是一無所獲。后直接將采樣時間設定為0，再次運行時，周期性的波動完全消除，觀察了半小時，系統都能穩定運行，證實此問題已經解決。設置為0代表的是實時采樣，系統響應的速度更快。
（2）、在低速運行正常后，一到大卷徑高速階段，就出現了收卷跟不上牽引的情況，導致材料松下來。出現這一情況時，重點檢查了張力反饋、收卷變頻器的參數設定，發現轉矩限定設置為8％了，將此參數改為100％后正常。轉矩限定設定為10％，那么在變頻器運行到大卷徑高速段后，出現變頻器輸出轉矩到達限定值，無法滿足負載轉矩的需求，因而出現轉速跟蹤不上。而設定這一參數的原因是在開始試機時，為防止將布匹拉斷，而實際的輸出轉矩基本在5％以下，因而設定轉矩限定為10％。
四、收獲
通過這一次的TD3300調試，對艾默生TD3300變頻器各種控制的原理和調試方法有了一個深刻的認識，對自己技術水平的提高起了很大的作用，同樣也對今后的調試工作有一個很好的指導作用。