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：

卷徑變化范圍：216～1500mm

張力變化：200牛～1800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。

（1）、自辨識前電機參數設定：

F1.00
43
傳動比

F1.01
11
電機功率

F1.02
380
額定電壓

F1.03
24.8
額定電流

F1.04
50
額定頻率

F1.05
1470
額定轉速

F1.08
0
電機預勵磁選擇


在設定完電機參數后，設定F1.09=1，F1.10=1進行調諧，調諧結果如下：

F1.11
0.409
定子電阻

F1.12
80.2
定子電感

F1.13
0.22
轉子電阻

F1.14
80.2
轉子電感

F1.15
77.6
互感

F1.16
8.9
空載激磁電流


F1.16/F1.03＝35.8％，在范圍30％～50％以內，調諧結果正常。

4、 其他參數的設定

根據系統的方案，設定的參數如下所示：

（1）、基本參數設定

功能號
參數值
說明
功能號
參數值
說明

F0.02
1
閉環矢量
F6.01
0
AI1輸入選擇

F0.05
2
運行命令選擇
F6.02
0
AI2輸入選擇

F0.10
1
加速時間1
F6.03
0.012
AI1模擬濾波時間

F0.11
1
減速時間1
F6.04
0.012
AI2模擬濾波時間

F1.00
43
傳動比
Fb.00
600
脈沖數

F5.01
12
卷徑復位
Fb.01
1
反向


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

功能號
參數值
說明
功能號
參數值
說明

F3.06
1
張力控制選擇
F8.11
0
初始卷徑選擇

F3.08
100
轉矩限定
F8.12
216
初始卷徑數字設定

F8.00
0
收卷模式
FC.00
2
線速度輸入選擇 AI2

F8.01
0
張力設定選擇
FC.03
40
最大線速度

F8.02
400
張力設定
FC.04
0
最小線速度

F8.03
1000
最大張力
FC.05
0.1
卷徑濾波時間

F8.08
5
卷徑來源選擇
FC.06
0.18
材料厚度

F8.09
1500
最大卷徑
FC.07
1
每層圈數

F8.10
216
空心卷徑
FC.08
1
計圈選擇 PG



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

功能號
參數值
說明
功能號
參數值
說明

F7.02
0
反饋輸入選擇 AI1
F7.08
0
微分時間2 D2

F7.03
15
比例增益1 P1
F7.