1 引言 此次改造的項目為大連黃海鋁加工廠鋁箔生產(chǎn)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(tǒng)的收卷部分，TD2000用于系統(tǒng)的主軋機部分。改造前，主軋機采用直流電機，收卷部分采用力矩電機，但存在以下缺點: （1）工作效率低，需要經(jīng)驗豐富的操作人員進行操作; （2）電機需要經(jīng)常進行維護，極易損壞; （3）電機的造價高。 但采用了艾默生TD3300變頻器后克服了以上的缺點，大大提高了生產(chǎn)的效率，驅(qū)動的交流三相異步電機無論在價格和適應環(huán)境上均超過了直流電機，為客戶帶來了更多的方便。 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，而使線材不被拉斷或發(fā)生松弛現(xiàn)象而作的系統(tǒng)。如圖1所示: 圖1　收、放卷過程中的張力控制 在艾默生TD3300中，關于張力的控制可分為: （1）張力閉環(huán)控制方式1（速度模式）; （2）張力開環(huán)控制方式; （3）張力閉環(huán)控制方式2（轉(zhuǎn)矩模式）。 以上三種控制方式分別是根據(jù)機器的內(nèi)部計算模塊或PID模塊，調(diào)整變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)的。 在本次改造中如果采用張力閉環(huán)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。因此我們采用了張力開環(huán)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，控制精度可以達到±0.05%。 2.1　電氣應用方案 圖2　鋁箔生產(chǎn)線張力開環(huán)控制的變頻器電氣系統(tǒng)圖 針對控制方式的要求，對變頻柜進行了如圖2所示的設計。 TD3300安裝于柜內(nèi)，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）端子來進行控制的。其中，軋機的速度給定通過（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-GND）端子與電流表A1相連接，用來監(jiān)測主機的運行電流，方便現(xiàn)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(tǒng)是工作在張力開環(huán)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）為繼電器輸出，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。 前面已經(jīng)提到，在張力開環(huán)控制下變頻器必須外加編碼器，已達到控制的精度。編碼器信號線的連接方式，要與編碼器的型號相對應。并且要正確地設置CN4短路塊的位置。在這套系統(tǒng)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(cè)。 2.2　調(diào)試的步驟 張力的開環(huán)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(zhuǎn)矩（公式:T=F×R）作為變頻器的轉(zhuǎn)矩指令。調(diào)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(diào)試與通用型變頻器有所不同。 （1）第一步要對電機銘牌參數(shù)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=電機額定功率; F1.05=電機額定轉(zhuǎn)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(shù)（F1.09=1,F1.10=1）進行電機自調(diào)諧。調(diào)諧完畢后，變頻器將電機數(shù)據(jù)自動保存在（F1.11-F1.16）中。需要注意的是:調(diào)諧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(diào)諧完后，應正確的設置編碼器參數(shù)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(fā)現(xiàn)變頻器經(jīng)常出現(xiàn)過流，過載的現(xiàn)象。而且，在直接進入轉(zhuǎn)矩模式下，發(fā)現(xiàn)電機出現(xiàn)一會兒正轉(zhuǎn)，一會兒反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。由于客戶沒有示波器，無法檢查脈沖輸出。但根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗有可能是編碼器與電機軸連接不夠牢固，造成不同軸產(chǎn)生的。將風扇打開后發(fā)現(xiàn)電機軸與編碼器的連接器已經(jīng)發(fā)生松動，所以建議客戶將編碼器接頭與電機軸焊接在一起，以消除不同軸現(xiàn)象。處理完后電機可以正常啟動。 （2）第二步，確定輸出轉(zhuǎn)矩的方向，在艾默生TD3300中是通過張力方向來確定（F8.17）在此系統(tǒng)中TD3300作為卷機，所以（F8.17=1）轉(zhuǎn)矩方向設為反向。 （3）第三步，對張力控制各項參數(shù)進行設置，先建立起一個初步的張力控制系統(tǒng)。（F3.06=3）選擇張力開環(huán)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）設定可參看圖2。通過計算得出要卷曲的材料最大張力為3500N，所以將最大張力設定為4000N,方便現(xiàn)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，應注意的是TD2000的FM端子輸出得是頻率信號，所以要在TD2000里把參數(shù)F144設定一個線速度系數(shù)（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(diào)試。 （4）第四步，由于采用張力開環(huán)控制，所以先不加慣量補償進行調(diào)試，但發(fā)現(xiàn)在張力設定為0的時候，卷機系統(tǒng)仍然飛速旋轉(zhuǎn)。將（F3.11=轉(zhuǎn)矩切換時間，F(xiàn)3.12=轉(zhuǎn)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(shù)的設置，發(fā)現(xiàn)（F3.07=電動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩限幅也為0，因此導致系統(tǒng)的故障。后將（F3.07=0）數(shù)字限定，故障消除。系統(tǒng)在啟動、恒速時張力控制正常。 正常后，加上系統(tǒng)慣量補償。將F2.21=1啟動調(diào)諧。變頻器會自動辨識系統(tǒng)慣量。在現(xiàn)場進行辨識時，機器在加速過程中出現(xiàn)過流，將加減速時間延長，消除了過流現(xiàn)象。機器兩次加減速到40Hz后，獲取的系統(tǒng)慣量補償系數(shù)和摩擦補償系數(shù)，分別存入FC.12和FC.10。 張力控制基本建立完成，經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)在起動的時候，即機器剛剛進入轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)把靜摩擦系數(shù)慢慢調(diào)大，系統(tǒng)的起動張力會越來越大。但調(diào)試到將近100%時發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)將靜摩擦力矩補償調(diào)大是錯誤的做法。在98%處張力發(fā)生柔和現(xiàn)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(tǒng)的慣量補償進行調(diào)節(jié)，慢慢降低系統(tǒng)的慣量補償，發(fā)現(xiàn)在進入轉(zhuǎn)矩模式后，張力明顯柔和，卷材也不會被拉得很緊了?？蛻舾械綕M意。 （5）第五步:放開卷徑計算（F8.08=1），卷徑是通過線速度來計算的，公式如下: D=（I×V）/（π×n） D 所求卷徑; I 機械傳動比; V 線速度; n 電機轉(zhuǎn)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，以達到卷徑計算的準確。 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(wěn)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(nèi)部計算來完成的。非常方便，只要將張力系數(shù)設定為實際數(shù)值就可以了。 以上為艾默生TD3300在鋁箔生產(chǎn)上采用張力開環(huán)控制的參數(shù)調(diào)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(jié)省了很多生產(chǎn)成本，低了生產(chǎn)造價。 3　結(jié)束語 現(xiàn)代交流變頻器已經(jīng)不止是在風機，水泵上應用，而是擴展到了生產(chǎn)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(zhuǎn)矩電流的高性能變頻器，內(nèi)置豐富的控制方式，可滿足客戶的使用要求，而且客戶感覺性價比也很不錯。