TD3300在鋁箔制造業中改造的應用

此次改造的項目為大連黃海鋁加工廠鋁箔生產線，本次工程改造采用艾默生TD3300-4T0370G張力專用變頻器與TD2000-4T1320G通用變頻器。TD3300用作系統的收卷部分，TD2000 用于系統的主軋機部分。改造前，主軋機采用交流電機，收卷部分采用力矩電機，存在以下缺點：

1）工作效率低，需要經驗豐富的操作人員進行操作；

2）電機需要經常進行維護，極易損壞；

3）電機的造價高。

但采用了TD3300 后克服了以上的缺點，大大提高了生產的效率，驅動的交流三相異步電機無論在價格和適應環境上均超過了直流電機，為廠家帶來了更多的方便。

2 改造方案的選擇

張力控制就是在收、放卷過程中為了保持線材上的張力恒定，使線材不被拉斷或發生松弛現象而構建的系統。

在TD3300中，關于張力的控制可分為：

1）張力閉環控制方式1（速度模式）；

2）張力開環控制方式；

3）張力閉環控制方式2（轉矩模式）。

以上三種控制方式分別是根據機器的內部計算模塊或PID模塊，調整變頻器的輸出轉矩來實現的。

在本次改造中如果采用張力閉環控制時需要外加張力檢測裝置，由于鋁箔本身具有一定的硬度，所以不便于張力的檢測。因此采用了張力開環控制方式，不需要加張力檢測裝置，但需要安裝測速編碼器，用來提高控制的精度。精度可以達到±0.05%。

3 電氣應用方案

針對控制方式的要求，對變頻柜進行了改造設計。

TD3300 安裝于柜內，TD2000-4T1320G 外置。主速度由TD2000進行給定，通過FM,GND與TD3300 的AI1,GND相連接，進行信號傳輸。在安裝時，采用了屏蔽線，以保證信號不受外界的干擾。對于控制回路部分，變頻器的運行信號是通過（FWD—COM）端子來進行控制。其中，軋機的速度給定是通過（X2,X3）多功能端子進行設置，分別為：主機的加速（X2），主機的減速（X3）控制。（AM-ND）端子與電流表A1 相連接，用來監測主機的運行電流，方便現場人員進行操作。TD3300的運行命令來源與TD2000的控制方式相同。采用外部FWD-COM進行控制。

收卷機在帶料的時候需要一步步緩慢啟動，將（X1）端子設定為點動運行。因為整套系統是工作在張力開環控制下的，有卷徑計算，所以在工作完畢后需要把卷徑復位，故將（X2）端子設定為卷徑復位功能。（10V-AI2-GND） 電位計給定，作為張力的設定。（AO1-GND）外接張力表，用來觀察設定的張力。（TA-TC），（PA-PC） 繼電器輸出，當變頻器故障時，TA-TC，PA-PC 閉合，可以通過外部的繼電器進行連鎖控制，如聲光報警等。

必須注意,編碼器信號線的連接方式，要與編碼器的型號相對應, 并且要正確的設置CN4 短路塊的位置。在這套系統中，由于電機與電控柜之間的距離較長，所以在選擇編碼器的時候考慮到了信號衰減的問題，因此決定選用了Koyo的推挽式輸出的編碼器。將碼盤的+V 接到變頻器的PGP 端子上0V 與COM 相連，A與A+,B 與B+相連。最后要把變頻器的A-,B-,COM短接在一起，把CN4跳線跳到DI側。

4 調試的步驟

張力的開環控制方案是由設定的張力和卷筒的卷徑,計算出電機輸出轉矩（T=F×R）作為變頻器的轉矩指令。調試前應先確定張力給定的來源和所要卷曲的卷徑大小。張力給定是通過外部電位計（10V,AI2,GND）獲得的。而卷徑是不斷變化的，在TD3300 中可以通過卷徑的計算來獲得，非常方便。

矢量型變頻器的調試與通用型變頻器有所不同。

首先，要對電機銘牌參數及機械傳動比進行正確的設置：

F1.00=機械傳動比；

F1.01=電機額定功率；

F1.02=電機額定電壓；

F1.03=電機額定電流；

F1.04=電機額定頻率；

F1.05=電機額定轉速；

F1.06= 電機的過載保護方式（普通電機，變頻電機）。

然后，將參數（F1.09=1,F1.10=1）進行電機自調整。調整完畢后，變頻器將電機數據自動保存在（F1.11-F1.16）中。注意的是調整時應將電機軸脫離負載。變頻器安裝了編碼器，所以在電機調整完后，應正確的設置編碼器參數Fb組。設置完成后，要先在速度控制模式下試運行。

試運行過程中，發現變頻器經常出現過流、過載的現象。而且，在直接進入轉矩模式下，發現電機出現一會兒正轉，一會兒反轉的現象。由于現場沒有示波器，無法檢查脈沖輸出。但根據現場經驗有可能是編碼器與電機軸連接不夠牢固，造成不同軸產生的。將風扇打開后發現電機軸與編碼器的連接器已經發生松動，所以，將編碼器接頭與電機軸焊接在一起，以消除不同軸現象。處理完后電機可以正常啟動。

第二步，確定輸出轉矩的方向，在TD3300中是通過張力方向來確定（F8.17）,在此系統中TD3300 作為卷機，所以（F8.17=1）轉矩方向設為反向。

第三步，對張力控制各項參數進行設置，先建立起一個初步的張力控制系統。（F3.06=3）選擇張力開環控制模式。然后確定卷曲模式（F8.00=0）收卷模式。張力的設定是通過外部電位計設定的（F8.01=2 參看圖2）。通過計算得出要卷曲的材料最大張力為3.5kN，所以將最大張力設定為4kN,方便現場人員進行操作。最后進行兩機通訊的設置FC.00 線速度的輸入通道選擇，注意的是，TD2000的FM端子輸出得是頻率信號，所以要在TD2000 里把參數F144 設定一個線速度系數（線速度與頻率成正比）。這樣，TD2000與TD3300才可以正常通過線速度進行給定。設置完畢后，先不要加入卷徑計算（F8.08=0）在空卷下調試。

第四步，由于采用張力開環控制，所以先不加慣量補償進行調試，但發現在張力設定為0 的時候，卷機系統仍然飛速旋轉。將（F3.11= 轉矩切換時間，F3.12= 轉矩變化時間）設定為實際值。再試驗，效果還是沒有改觀。于是只好再次檢查各項參數的設置，發現（F3.07=電動轉矩限定選擇）為AI2 限定，因為AI2 作為張力設定，故在起動時電位計設為0，導致電動轉矩限幅也為0，因此導致系統的故障。后將（F3.07=0）數字限定，故障消除。系統在啟動、恒速時張，力控制正常。

正常后，加上系統慣量補償。將F2.21=1 啟動調整。變頻器會自動辨識系統慣量。在現場進行辨識時，機器在加速過程中出現過流，將加減速時間延長，消除了過流現象。機器兩次加減速到40Hz后，獲取的系統慣量補償系數和摩擦補償系數，分別存入FC.12和FC.10。

張力控制基本建立完成，經過測試，發現在起動的時候，即機器剛剛進入卷矩控制模式時，張力有些過大，卷材被拉得很緊，很容易造成斷材。因為靜摩擦力矩補償是用來克服起動時靜摩擦力矩的，所以在操作時，發現把靜摩擦系數慢慢調大，系統的起動張力會越來越大。但調試到將近100%時發現起動張力有些柔和。但還是達不到客戶的要求。查閱了一下資料后，發現將靜摩擦力矩補償調大是錯誤的做法。在98%處張力發生柔和現象可能是因為靜摩擦力矩補償過大導致溢出造成的。所以將靜摩擦力矩補償改為原來值。在對系統的慣量補償進行調節，慢慢降低系統的慣量補償，發現在進入轉矩模式后，張力明顯柔和，卷材也不會被拉得很緊了,客戶感到滿意。

第五步，放開卷徑計算（F8.08=1）。卷徑是通過線速度來計算的，方程式

D=（i×v）/（π×n）

式中：D：所求卷徑；i：機械傳動比；v：線速度；n：電機轉速。

F8.09= 卷徑最大值；F8.10= 空心卷徑；F8.11= 初始卷徑；都設定為實際值，使卷徑計算達到準確。

最后加入張力錐度控制，因為，在卷曲過程中，卷徑不斷增大會增加卷曲部分材料的慣性，同時增大了張力，使線材的張力不穩定，造成版面的皺褶。所以需要材料張力隨著卷徑的增大而相應的降低，以使材料版面達到更好的效果。張力錐度控制是通過機器內部計算來完成的。非常方便，只要將張力系數設定為實際數值既就可以了。

以上為TD3300在鋁箔生產上采用張力開環控制的參數調制步驟，把卷曲過的材料進行開卷后檢查，感覺版面的效果很好，客戶非常滿意。達到了直流電機在四象限運行的效果。而且為客戶節省了很多生產成本，低了生產造價。

5 結論

現代交流變頻器已經不止是在風機，水泵上應用，而是擴展到了生產領域的各個方面。TD3300張力專用型變頻器，就是一個通過控制轉矩電流的高性能變頻器。它內置豐富的控制方式，滿足了生產過程的要求，也使客戶感覺性價比很不錯。