本文講述了一種新型的卷繞系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的卷繞系統(tǒng)不同，無卷徑測(cè)量環(huán)節(jié)，也無松緊架同步裝置，簡(jiǎn)單的讓伺服控制變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式，用計(jì)算的方法間接獲取卷徑信息，實(shí)現(xiàn)變張力卷繞。 1 引言 卷繞系統(tǒng)在紡織、印染、造紙、冶金等行業(yè)應(yīng)用很廣泛。多數(shù)情況下，要求加工過程中保持張力恒定。但是卷繞過程則不同，有時(shí)要求內(nèi)緊外松，既要求實(shí)現(xiàn)變張力控制，隨著卷徑的增大，張力逐漸變小。恒張力常常和恒線速度相關(guān)，恒線速度則要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速與卷徑成反比。對(duì)張力的控制可以采用開環(huán)的方法，也可以采用閉環(huán)的方法。有些電動(dòng)機(jī)（如力矩電機(jī)等）本身具有軟機(jī)械特性，用它們來驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)，可以獲得近似恒張力運(yùn)行；卷徑的變化可以看著是一種擾動(dòng)，用擾動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)間接法張力控制，也是一種近似的恒張力控制。最直接最有效的方法是利用張力傳感器實(shí)現(xiàn)張力的閉環(huán)調(diào)節(jié)，也稱直接法張力控制。印染聯(lián)合機(jī)中常用的松緊架也可以看作是一種張力檢測(cè)環(huán)節(jié)。只是這種裝置體積大、精度差，沒有張力顯示，使用不便。 卷徑（卷軸直徑）在卷繞系統(tǒng)中是一個(gè)必不可少的參數(shù)，一般需要用某種檢測(cè)裝置來獲取。卷繞張力是卷徑的函數(shù)，需要通過計(jì)算來獲得。 本文講述的是一種全新的卷繞系統(tǒng)，利用最新的伺服控制器所提供的轉(zhuǎn)矩控制模式，實(shí)現(xiàn)恒線速度和變張力卷繞控制，無須松緊架同步裝置?？刂扑枰木韽街低ㄟ^伺服控制器內(nèi)部計(jì)算獲得，無須卷徑的檢測(cè)，是一種全新的簡(jiǎn)單的方法。在所構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)中，用現(xiàn)場(chǎng)總線在可編程控制器和伺服控制器之間實(shí)現(xiàn)張力給定和卷徑信息的傳遞。 2 速度控制與轉(zhuǎn)矩控制 速度控制與轉(zhuǎn)矩控制是伺服控制器的兩種控制模式。速度控制模式已為大家所熟知，給定的是速度，反饋的也是速度，對(duì)速度形成閉環(huán)控制，保證速度為設(shè)定值，轉(zhuǎn)矩則隨負(fù)載浮動(dòng)。轉(zhuǎn)矩控制模式，給定的是轉(zhuǎn)矩，伺服控制器計(jì)算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩，如果實(shí)際轉(zhuǎn)矩低于設(shè)定轉(zhuǎn)矩，就升速，反之，則減速，速度是浮動(dòng)的。轉(zhuǎn)矩控制模式非常適合于卷繞驅(qū)動(dòng)。在卷繞驅(qū)動(dòng)中，線速度恒定，轉(zhuǎn)速隨卷徑的增大而降低，張力是系統(tǒng)的一個(gè)給定。轉(zhuǎn)矩模式正好能滿足這些要求。張力與半徑的乘積就是轉(zhuǎn)矩，作為轉(zhuǎn)矩模式的給定，轉(zhuǎn)矩模式的轉(zhuǎn)速正好浮動(dòng)到所要求的線速度，無須線速度控制。如果不用專門的檢測(cè)裝置，伺服控制（變頻）器能夠自己計(jì)算出卷徑，問題可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。圖1示出了一個(gè)速度控制模式卷繞系統(tǒng)的框圖。圖示系統(tǒng)具有卷徑測(cè)量環(huán)節(jié)，根據(jù)卷徑算出轉(zhuǎn)速給定。為了保證電機(jī)間同步，還使用了松緊架。顯然，將伺服控制（變頻）器的轉(zhuǎn)矩控制模式用于卷繞驅(qū)動(dòng)，可以省掉這個(gè)松緊架，從而簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。 3 具有內(nèi)部卷徑計(jì)算的卷繞驅(qū)動(dòng) 如上所述，如果伺服控制（變頻）器具有卷徑計(jì)算功能，那么由外部張力給定就能算出轉(zhuǎn)矩給定，使用轉(zhuǎn)矩控制模式將變得很方便。 圖2示出了一個(gè)二伺服控制器卷繞系統(tǒng)。伺服控制（變頻）器1將系統(tǒng)的運(yùn)行線速度傳給伺服控制（變頻）器2，伺服控制（變頻）器2接受外部輸入的張力給定和張力傳感器輸入的張力反饋信息構(gòu)成張力閉環(huán)控制，伺服控制（變頻）器2具有內(nèi)部卷徑計(jì)算功能并工作在轉(zhuǎn)矩控制模式。伺服控制（變頻）器2驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)以所要求的張力卷繞并自動(dòng)將其速度浮動(dòng)到運(yùn)行線速度。下面以LENZE-9300系列伺服控制（變頻）器為例，說明卷徑的計(jì)算方法。LENZE-9300系列伺服控制（變頻）器內(nèi)部有五十多種功能塊，能完成諸如加減乘除和一系列的變換功能，也能完成PID閉環(huán)調(diào)節(jié)。設(shè)v為線速度；ω為角速度；D為卷徑；k為常數(shù)，則根據(jù)下式計(jì)算卷徑 其中，v為外部輸入的線速度值，ω為伺服控制（變頻）器知道的角速度值，k為由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。功能塊的使用可以通過對(duì)一系列的代碼進(jìn)行設(shè)定完成。圖3示出了一個(gè)由功能塊組成的卷徑計(jì)算框圖。 4 應(yīng)用實(shí)例 圖4示出了一個(gè)濕法氈生產(chǎn)線的卷繞系統(tǒng)原理圖。這里總共使用了三臺(tái)LENZE-9300系列伺服控制（變頻）器（9326），驅(qū)動(dòng)三臺(tái)帶有旋轉(zhuǎn)變壓器（R）的變頻專用異步電動(dòng)機(jī)（M）。其中，拖輥伺服控制（變頻）器工作在速度模式，它的速度給定（1/2端）來自生產(chǎn)線PLC的模擬量輸出，輔助速度給定（3/4端）來自于松緊架信號(hào)，以此和生產(chǎn)線保持同步；卷軸1和卷軸2伺服控制（變頻）器工作在轉(zhuǎn)矩模式，具有內(nèi)部卷徑計(jì)算功能，能對(duì)通過CAN總線由PLC發(fā)送來的張力給定信息和由張力傳感器送來的實(shí)際張力信息進(jìn)行閉環(huán)控制。無須對(duì)卷軸1和卷軸2實(shí)行專門的速度控制，它們能夠自動(dòng)的將其線速度浮動(dòng)到需要的數(shù)值。卷徑計(jì)算所需要的線速度信息由拖輥伺服控制（變頻）器通過專門的速度級(jí)聯(lián)接口X9-X10送來。卷軸1和卷軸2交替工作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的卷繞，由LENZE-8215變頻器驅(qū)動(dòng)的換軸電機(jī)完成換軸功能（圖中沒有畫出）。CAN總線還將伺服控制（變頻）器計(jì)算出的卷徑信息發(fā)送到PLC，由PLC據(jù)此完成張力給定的計(jì)算。卷繞部分對(duì)卷軸的要求是內(nèi)緊外松，這就要求初始張力大，隨著卷徑的變大，張力按照某種規(guī)律逐漸變小。該應(yīng)用系統(tǒng)能完全滿足這些要求，實(shí)際運(yùn)行證明上述卷繞系統(tǒng)運(yùn)行可靠，卷徑由86毫米到1200毫米卷繞密實(shí)整齊，卷繞速度可達(dá)80米/分。 5 結(jié)論 利用轉(zhuǎn)矩模式卷繞與利用速度模式卷繞相比，利用轉(zhuǎn)矩模式要來得簡(jiǎn)單，這首先表現(xiàn)在利用轉(zhuǎn)矩模式卷繞省掉了松緊架同步環(huán)節(jié)。伺服控制變頻器的內(nèi)部卷徑計(jì)算能力，又省掉了卷徑檢測(cè)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件構(gòu)成。雖然使用了張力檢測(cè)環(huán)節(jié)，那是為了改善張力控制的精度，并非必不可少?，F(xiàn)場(chǎng)總線的使用，使得變頻器和PLC之間的信息交換方便快捷。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集