臺達變頻器、編碼器在自動分條機上成功應用

　　內容摘要：本文主要介紹分條機的用途、工藝要求、控制方式、控制難點以及實現的方法、調試過程，重點介紹了如何用臺達V系列的變頻器實現張力控制，以及轉矩控制時應該注意的調試步驟、過程及參數的設定。
　　
　　一．前言
　　
　　　　膠帶、保護膜生產設備主要包括各種膠粘制品及無膠紙類、布類、皮革類、多種塑料制品類物料的上膠、多層貼合、分條、復卷、分切、沖型機械等。分條機主要將寬幅整卷材料切成短幅材料，包括放卷和收卷兩個過程，張力控制是難點。中達為客戶提供的方案在原有控制的基礎上不增加任何其它費用，選用兩臺V系列的變頻器作為收放卷，運用轉矩控制方式達到了非常好的效果。
　　
　　二．系統構成
　　
　　1．硬件組成
　　
　　

　　
　　2．系統框圖
　　
　　（1）.設備圖片
　　
　　

　　
　　多功能貼合復卷分條機
　　
　　（2）.系統控制框圖
　　
　　

　　圖1

　　
　　三．工藝要求及控制原理
　　1. 工藝要求：
　　（1）. 恒張力控制：張力的給定通過張力控制器。張力控制器控制的原理是通過檢測收卷的線速度計算卷徑，負載轉距=F*D/2（F為設定張力，D為當前卷徑），因此當設定了張力的大小，因為當前卷徑通過計算已得知，所以負載轉距就算出來了。張力控制器能夠輸出標準的0～10V的模擬量信號，對應異步電機的額定轉距。所以我們用該模擬量信號接入變頻器，選擇轉距給定。這樣在整個收卷的動態過程中，能夠保證張力的恒定。
　　
　　（2）.轉距模式下，對速度進行限制。在張力控制模式下，不論直流電機、交流電機還是伺服電機都要進行速度限制，否則當電機產生的轉距能夠克服負載轉距而運行時，會產生轉動加速度，而使轉速不斷增加，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（模擬信號輸出選擇）參數設定為03（頻率指令輸出），如下圖所示。將該信號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定信號。
　　

　　
　　（3）.零速張力，當收放卷以0Hz運行時，電機的輸出軸上有一定的張力輸出，而且可調。該要求主要是防止當收放卷運轉當中停車，再起動時能夠保證收放卷的盤頭不會松掉。在該控制系統中，可以通過調整張力控制器上的初始張力設定而達到要求。
　　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，張力設定最大值Fmax=50kg(約等于500牛)；減速比i=9；速度的限制如下:因為:V=π*D*n/i(V—線速度、D—卷徑、n—轉速，對于收卷電機)→收卷電機在空芯卷徑時的轉速最快。所以:90=3.14*0.2*n/9→n=1290r/min。
　　
　　（2）.因為我們知道變頻器工作在低頻時，交流異步電機的特性不好，激活轉矩低而且非線性。因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機工作在2HZ以下.因此:收卷電機有最低速度的限制.計算如下：對四極電機而言，其同步轉速為:n1=60f1/p→n1=1500r/min（f1—為額定頻率、p—為極對數、n1—同步轉速→2HZ/50HZ=N/1500→n=60r/min。當達到最大卷徑時，可以求出收卷整個過程中運行的最低速：V=π*D*n/i→Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min。張力控制時，要對速度進行限制，否則會出現飛車。因此要限速。
　　
　　（3）.張力及轉矩的計算如下:如果F*D/2=T/i（F—張力、D—卷徑、T—轉距、i—減速比）→F=2*T*i/D，對于3.7kW的交流電機，其額定轉矩的計算如下:T=9550*P/n→T=24.88N.m（T—電機的額定轉距、P—電機的額定功率、n—為電機的額定轉速），所以Fmax=2*24.88*9/0.6=74.64N。
　　四．調試過程及參數設定
　　
　　1．PG04的接線
　　

　　2．調試過程
　　
　　（1）.電機的自整定
　　1. 將驅動器的所有參數恢復成出廠值。
　　2. 將電機軸與負載脫開。
　　3. 將電機額定電壓01—02、電機額定頻率參數01—01、分別正確填入數值。
　　4. 將參數05—00設定為1，然后按Keypad RUN的命令，此時立即執行電機的自動整定。執行約2min的時間（功率越大，要將加減速時間設定長一些）。
　　5. 執行后檢查05—02、05—06～05—09、05—12、05—16～19參數是否已自動將測量的數據填入，若沒有請再次設定05—00參數，RUN一次。
　　（2）.閉環矢量試運行
　　
　　　　將運行方式設定為面板起動，頻率給定方式為面板給定。運行方式為V/F+PG將頻率設定成10Hz，然后運行，觀察變頻器是否會報PG報警，如果報PG報警，則將10—01設定為1（原來為0，反之設定為0），然后斷電重新上電。再次按運行按鈕，確保變頻器不再報警，同時按Mode鍵，切換置顯示運行頻率，觀察運行頻率是否在10Hz上下波動，確保閉環矢量運行調試完成。
　　
　　（3）.轉距控制參數設定
　　
　　主軸VFD037B43A參數設定：
　　
　　01—00——————50 最大操作頻率
　　01—01——————50 最大電壓頻率
　　02—00——————1 第一頻率來源（AVI）
　　02—01——————1 第一運轉指令來源（外部端子起動）
　　03—05——————3 頻率指令輸出
　　
　　收放卷VFD037V43A參數設定
　　
　　00—04—————40 觀察上限頻率
　　00—20—————2 頻率指令來源(外部模擬量輸入)
　　00—21—————1 運轉指令來源（外部端子起動）
　　01—00—————50 最大操作頻率
　　01—01—————50 最大電壓頻率
　　00—12—————1 第一加速時間
　　00—13—————1 第一減速時間
　　03—00—————4 AVI上限頻率限定
　　03—02—————1 轉距給定
　　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
　　10—01—————1 編碼器方向
　　
　　五．結論
　　　　當應用V系列變頻器做張力控制時，一定要考量控制介質能承受的張力范圍，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，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，是無法用變頻器進行張力控制的。所以在做類似應用時，還是要了解清楚客戶的要求，以免無法達到客戶的要求。