一、 前言 　　自70年代初開始，由于交流電力傳動技術(shù)及其控制理論的發(fā)展和提高，功率半導(dǎo)體器件（CTO，GRO等）技術(shù)的發(fā)展日趨完善，以及微電子技術(shù)和微處理器在電力拖動技術(shù)中的日益廣泛應(yīng)用，使具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)方便，價格低廉的交流鼠籠式感應(yīng)電機(jī)得以在很多地方發(fā)揮它的效用。眾所周知，直流電機(jī)以其轉(zhuǎn)矩特性硬、調(diào)速范圍廣、過載能力強(qiáng)而著稱，但因電機(jī)結(jié)構(gòu)所限，電機(jī)日常維護(hù)保養(yǎng)工作量大。刷架、整流子間電火花也使電機(jī)使用場合受限制，且一次性投資大。而由現(xiàn)代變頻器和交流電機(jī)組成的交流傳動系統(tǒng)，除具有上述直流控制特性，還在于投資較直流電機(jī)小，并可以做到零維護(hù)，使用壽命長。 二、變頻收卷的系統(tǒng)概述 1、張力控制的變頻收卷 　　卷取設(shè)備是整條酸洗線的主要設(shè)備之一，要求控制系統(tǒng)過載能力強(qiáng)、控制精度高、動態(tài)響應(yīng)快，能隨時響應(yīng)主速度變化率，從而達(dá)到卷取過程中張力控制的穩(wěn)定性，在整個收卷的過程中都要保持恒定的張力。 　　張力設(shè)定在人機(jī)上設(shè)定，人性化的操作；使用先進(jìn)的控制算法:卷徑的遞歸運(yùn)算；空心卷徑啟動時張力的線性遞加；張力錐度計(jì)算公式的應(yīng)用，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)調(diào)整；卷徑的實(shí)時計(jì)算，精確度非常高，保證收卷電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性能好。并且在計(jì)算卷徑時加入了卷徑的遞歸運(yùn)算，在操作失誤的時候，能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值。因?yàn)槭站硌b置的轉(zhuǎn)動慣量是很大的，卷徑由小變大時。如果操作人員進(jìn)行加速、減速、停車、再啟動時很容易造成堆鋼的現(xiàn)象。而進(jìn)行了變頻收卷的后，在上述各種情況下，收卷都很穩(wěn)定，張力始終恒定。而且經(jīng)過PLC的處理，在特定的動態(tài)過程，加入一些動態(tài)的調(diào)整措施，使得收卷的性能更好?！? 　　 二. 變頻收卷系統(tǒng)構(gòu)成 1． 系統(tǒng)框圖 　　用變頻器做恒張力控制的實(shí)質(zhì)是死循環(huán)矢量控制，即加編碼器反饋。對收卷來說，收卷的卷經(jīng)是由小到大變化的，為了保證恒張力，所以要求電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距要由小到大變化。同時在不同的操作過程，要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償。即小卷啟動的瞬間，加速，減速，停車，大卷啟動時，要在不同卷經(jīng)時進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償，這樣就能使得收卷的整個過程很穩(wěn)定，避免小卷時張力過大；大卷啟動時松紗的現(xiàn)象 2． 變頻收卷的控制原理 　　 　?。?卷徑的計(jì)算原理 　　根據(jù)V1=V2來計(jì)算收卷的卷徑。因?yàn)閂1=ω1＊R1, V2=ω2＊Rx.因?yàn)樵谙嗤臅r間內(nèi)由測長輥?zhàn)哌^的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt Δn1＊C1=i＊Δn2＊C2（Δn1——-單位時間內(nèi)牽引電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、Δn2——-單位時間內(nèi)收卷電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、C1——-測長輥的周長、C2——-收卷盤頭的周長、i——-減速比） Δn1＊π＊D1=Δn2＊π＊D2/i D2=Δn1＊D1＊i/Δn2,因?yàn)棣2=ΔP2/P2（ΔP2——-收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2——-收卷編碼器的線數(shù)）. Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即測長輥轉(zhuǎn)一圈,由霍爾開關(guān)產(chǎn)生一個信號接到PLC.那么D2=D1＊i＊P2/ΔP2,這樣收卷盤頭的卷徑就得到了. 　　 　?。?收卷的動態(tài)過程分析 　　要能保證收卷過程的平穩(wěn)性,不論是大卷、小卷、加速、減速、停車、啟動都能保證張力的恒定.需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償.整個系統(tǒng)要啟動起來,首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,簡稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩,靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在啟動的瞬間起作用;正常運(yùn)行時要克服滑動摩擦力產(chǎn)生的滑動摩擦轉(zhuǎn)矩,滑動摩擦轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行當(dāng)中一直都存在,并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償,系統(tǒng)在加速、減速、停車時為克服系統(tǒng)的慣量,也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,補(bǔ)償?shù)牧颗c運(yùn)行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時候,補(bǔ)償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩；克服了這些因素,還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩,通過計(jì)算出的時實(shí)卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小,經(jīng)過減速比折算到電機(jī)軸.這樣就分析出了收卷整個過程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^程?？偨Y(jié):電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩（啟動瞬間）+滑動摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩.<1>在加速時還要加上加速轉(zhuǎn)矩;<2>在減速時要減去減速轉(zhuǎn)矩.<3>停車時,因?yàn)槭峭ㄟ^程序控制減速至設(shè)定的最低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理. 　　 　?。?轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn) 　?。?） 靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:因?yàn)殪o摩擦轉(zhuǎn)矩只在啟動的瞬間存在,在系統(tǒng)啟動后就消失了.因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償是以計(jì)算后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補(bǔ)償. 　　（2） 滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個過程中都是起作用的.補(bǔ)償?shù)拇笮∫允站黼姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn).補(bǔ)償量的大小與運(yùn)行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。 　?。?） 加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償：補(bǔ)償硬一收卷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。 　　 　　＊ 計(jì)算當(dāng)中的公式計(jì)算 　?。?） 已知空芯卷徑Dmin=200mm,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牛頓）;減速比i=9;速度的限制如下: 　　因?yàn)?V=π＊D＊n/i（對于收卷電機(jī)）=>收卷電機(jī)在空芯卷徑時的轉(zhuǎn)速是最快的.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,交流異步電機(jī)的特性不好,啟動轉(zhuǎn)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(jī)工作在2HZ以下.因此:收卷電機(jī)有個最低速度的限制.計(jì)算如下: 　　對于四極電機(jī)而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min. =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min 　　當(dāng)達(dá)到最大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運(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,要對速度進(jìn)行限制,否則會出現(xiàn)飛車.因此要限速. 　?。?） 張力及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:如果F＊D/2=T/i,=>F=2＊T＊i/D對于22KW的交流電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:T=9550＊P/n=>T=140N.m.所以Fmax=2＊140＊9/0.6=4200N. 　　 　?。?硬件配置 　　 西門子PLC+艾默生TD3300變頻器+HITECH人機(jī) 四． 變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程 　　 　?。?卷徑的計(jì)算原理：根據(jù)V1=V2來計(jì)算收卷的卷徑。因?yàn)閂1=ω1＊R1,V2=ω2＊Rx.因?yàn)樵谙嗤臅r間內(nèi)由測長輥?zhàn)哌^的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt ,Δn1＊C1=Δn2＊C2/i（Δn1——-單位時間內(nèi)牽引電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、Δn2——-單位時間內(nèi)收卷電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、C1——-測長輥的周長、C2——-收卷盤頭的周長、i——-減速比） Δn1＊π＊D1=Δn2＊π＊D2/i D2=Δn1＊D1＊i/Δn2,因?yàn)棣2=ΔP2/P2（ΔP2——-收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2——-收卷編碼器的線數(shù)）. Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即測長輥轉(zhuǎn)一圈,由霍爾開關(guān)產(chǎn)生一個信號接到PLC.那么D2=D1＊i＊P2/ΔP2,這樣收卷盤頭的卷徑就得到了. 　?。?收卷的動態(tài)過程分析　 　　要能保證收卷過程的平穩(wěn)性,不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定.需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償.整個系統(tǒng)要激活起來,首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,簡稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩,靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間起作用;正常運(yùn)行時要克服滑動摩擦力產(chǎn)生地滑動摩擦轉(zhuǎn)矩,滑動摩擦轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行當(dāng)中一直都存在,并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償,系統(tǒng)在加速、減速、停車時為克服系統(tǒng)的慣量,也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,補(bǔ)償?shù)牧颗c運(yùn)行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時候,補(bǔ)償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、激活轉(zhuǎn)矩；克服了這些因素,還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩,通過計(jì)算出的實(shí)時卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小,經(jīng)過減速比折算到電機(jī)軸.這樣就分析出了收卷整個過程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^程。總結(jié):電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩（激活瞬間）+滑動摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩.<1>在加速時還要加上加速轉(zhuǎn)矩;<2>在減速時要減去減速轉(zhuǎn)矩.<3>停車時,因?yàn)槭峭ㄟ^程控減速至設(shè)定的最低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理. 　?。?轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn) 　　 　?。?）. 靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:因?yàn)殪o摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間存在,在系統(tǒng)激活后就消　　失了.因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償是以計(jì)算后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補(bǔ)償. 　　 　?。?）. 滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個過程中都是起作用的.補(bǔ)償?shù)拇笮∫允站黼姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn).補(bǔ)償量的大小與運(yùn)行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。 　　 　?。?）. 加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償：補(bǔ)償硬一收卷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。 　?。?計(jì)算當(dāng)中的公式計(jì)算 　　 　　（1）. 已知空芯卷徑Dmin=200mm,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牛頓）;減速比i=9;速度的限制如下: 　　因?yàn)?V=π＊D＊n/i（對于收卷電機(jī)）=>收卷電機(jī)在空芯卷徑時的轉(zhuǎn)速是最快的.所以:90=3.14＊0.2＊n/9=>n=1290r/min; 　　 　?。?）. 因?yàn)槲覀冎雷冾l器工作在低頻時,交流異步電機(jī)的特性不好,激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性.因此在收卷的整個過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)有個最低速度的限制.計(jì)算如下: 　　對于四極電機(jī)而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min. =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/miｎ當(dāng)達(dá)到最大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運(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,要對速度進(jìn)行限制,否則會出現(xiàn)飛車.因此要限速. 　　 　?。?）. 張力及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:如果F＊D/2=T/i,=>F=2＊T＊i/D對于22KW的交流電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:T=9550＊P/n=>T=140N.m.所以Fmax=2＊140＊9/0.6=4200N.（其中P為額定功率,n為額定轉(zhuǎn)速）. 　　＊ 調(diào)試過程： 　　 　　 1．先對電機(jī)進(jìn)行自整定，將電機(jī)的定子電感、定子電阻等參數(shù)讀入變頻器。 　　 　　2．將編碼器的信號接至變頻器，并在變頻器上設(shè)定編碼器的線數(shù)。然后用面板給定頻率和啟?？刂?，觀察顯示的運(yùn)行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動。因?yàn)檫\(yùn)用死循環(huán)矢量控制時，運(yùn)行頻率總是在參 考編碼器反饋的速度，最大限度的接近設(shè)定頻率，所以運(yùn)行頻率是在設(shè)定頻率的附近震蕩的。 　　 　　3．在程序中設(shè)定空芯卷徑和最大卷徑的數(shù)值。通過前面卷徑計(jì)算的公式算出電機(jī)尾部所加編碼器產(chǎn)生的最大脈沖量（P2）和最低脈沖量 （ P2 ）.通過算出的最大脈沖量對收卷電機(jī)的速度進(jìn)行限定，因?yàn)樽冾l器用作張力控制時，如果不對最高速進(jìn)行限定，一旦出現(xiàn)斷紗等情況，收卷電機(jī)會飛車的。最低脈沖量是為了避免收卷變頻器運(yùn)行在2Hz以下，因?yàn)樽冾l器在2Hz以下運(yùn)行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)距特性很差，會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。 　　 　　4．通過前面分析的整個收卷的動態(tài)過程，在不同卷徑和不同運(yùn)行速度的各個階段，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償.補(bǔ)償?shù)拇笮。梢砸噪姍C(jī)額定轉(zhuǎn)距的百分比來設(shè)定。 　　 　　張力控制可以分成直接張力控制/間接張力控制.單純依靠轉(zhuǎn)矩控制是可以完成間接恒張力控制的.直接張力控制采用傳感器反饋,變頻器工作與速度模式,通過調(diào)節(jié)器的作用,保證系統(tǒng)的張力恒定,這種方式,對變頻器要求不是很高. 間接張力控制是通過控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,然后測量或者計(jì)算（616g5只能測量,3300可以自己計(jì)算）卷曲的半徑,半徑乘以社設(shè)定的張力,就等于扭矩,扭矩考慮傳動比什么的,就是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,頂級的變頻器,轉(zhuǎn)矩的控制精度大約可以到達(dá)2%左右.這與速度的控制精度相比,相差很遠(yuǎn),但是對于張力控制,已經(jīng)是挺高的指標(biāo)了. 　　張力的控制,需要考慮的因素很多,系統(tǒng)的慣量,材料的慣量,摩擦,彎曲力矩等等,錐度,軟件比較復(fù)雜,這就是通常說的"卷繞宏".td3300的軟件是不另外收費(fèi)的.有一點(diǎn)我一直不是很明白,請y4511,存在幫助釋疑:丹佛斯的變頻器不旋轉(zhuǎn)進(jìn)行辨識參數(shù),那么張力控制時候轉(zhuǎn)動慣量怎么計(jì)算?在加減速度的過程中,轉(zhuǎn)動慣量對張力控制的好壞是絕對重要的啊. 3 卷取控制 　　卷取系統(tǒng)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩主要是張力與卷筒半徑的乘積。當(dāng)卷徑比大于1:3時，張力下跌變得明顯，此時就要考慮轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，來維持張力的恒定。因此，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是個變量，最直接的方法是增設(shè)張力傳感器，檢測張力，實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制——直接張力控制。也可間接控制，即將卷徑變量檢出，與外部轉(zhuǎn)矩設(shè)定量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，結(jié)果即為實(shí)際轉(zhuǎn)矩的設(shè)定量，如果補(bǔ)償?shù)卯?dāng)，被控電機(jī)能以恒功率狀態(tài)運(yùn)行，從而保證軋制全程張力恒定。