摘要：
艾默生張力變頻器和可編程控制器在漿紗機(jī)上做恒張力收卷控制，減少設(shè)備磨損。保證設(shè)備收卷的穩(wěn)定性，方便性。
一、 系統(tǒng)概述
艾默生PLC和變頻器在漿紗機(jī)上的應(yīng)用，此電氣系統(tǒng)采用PLC集中管理，分散控制，系統(tǒng)集中化，簡(jiǎn)約化，易控性強(qiáng)，更好的降低故障率。
方案配置如下：
PLC系統(tǒng)由艾默生EC202416BAR主模塊，16點(diǎn)的數(shù)字量輸入模塊和4路模擬量輸出模塊組成。
操作界面采用工業(yè)級(jí)液晶
觸摸屏，可動(dòng)態(tài)修改控制參數(shù)，方便顯示當(dāng)前速度，當(dāng)前匹長(zhǎng)、 匹數(shù)及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。
邊軸電機(jī)
變頻器采用高性能通用型的EV2000系列，織軸收卷TD3300 22KW張力變頻器。此變頻器是張力專用變頻器，內(nèi)置張力控制功能。采用獨(dú)立變頻模式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，穩(wěn)定度高，保證收卷的張力及線速度，在小卷到大卷的變化過(guò)程中穩(wěn)定可靠。在加減速中的自動(dòng)補(bǔ)償控制，使加減速中張力更穩(wěn)，更有上卷防斷紗程序，使上卷起機(jī)時(shí)便于操作。
本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
·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;空心卷徑激活時(shí)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?dòng)態(tài)調(diào)整等等;
·卷徑的實(shí)時(shí)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(shí)加入了卷徑的遞歸運(yùn)算，在操作失誤的時(shí)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(dòng)慣量是很大的，卷徑由小變大時(shí)。如果操作人員進(jìn)行加速、減速、停車、再激活時(shí)很容易造成爆紗和松紗的現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致紗的質(zhì)量。而進(jìn)行了變頻收卷的改造后，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(guò)PLC的處理，在特定的動(dòng)態(tài)過(guò)程，加入一些動(dòng)態(tài)的調(diào)整措施，使得收卷的性能更好;
·在傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)收卷的基礎(chǔ)上改造成變頻收卷，非常簡(jiǎn)便而且造價(jià)低，基本上不需對(duì)原有機(jī)械進(jìn)行改造。改造周期短，基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成;
·克服了機(jī)械收卷對(duì)機(jī)械磨損的弊端，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。方便維護(hù)設(shè)備。
·機(jī)臺(tái)上的所有操作部分全部采用36V以下的安全電，以保證操作中的使用安全。
二、 系統(tǒng)框圖
三、 張力控制原理
所謂的張力控制，通俗點(diǎn)講就是要能控制電機(jī)輸出多大的力，即輸出多少牛頓。反應(yīng)到電機(jī)軸即能控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。真正的張力控制不同于靠前后兩個(gè)動(dòng)力點(diǎn)的速度差形成張力的系統(tǒng)，靠速度差來(lái)調(diào)節(jié)張力的實(shí)質(zhì)是對(duì)張力的PID控制，要加張力傳感器。而且在大小卷啟動(dòng)、停止、加速、減速、停車時(shí)的調(diào)節(jié)不可能做到像真正的張力控制的效果，張力不是很穩(wěn)定。肯定會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
變頻收卷的實(shí)質(zhì)是要完成張力控制，即能控制電機(jī)的運(yùn)行電流，因?yàn)槿喈惒诫姍C(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T=CmφmIa，與電流成正比。并且當(dāng)負(fù)載有突變時(shí)能夠保證電機(jī)的機(jī)械特性曲線比較硬。所以必須用矢量變頻器，而且必須要加編碼器閉環(huán)控制。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。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(shí)在不同的操作過(guò)程，要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償。即小卷啟動(dòng)的瞬間，加速，減速，停車，大卷啟動(dòng)時(shí)，要在不同卷經(jīng)時(shí)進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償，這樣就能使得收卷的整個(gè)過(guò)程很穩(wěn)定，避免小卷時(shí)張力過(guò)大；大卷啟動(dòng)時(shí)松紗的現(xiàn)象。
·卷徑的計(jì)算原理
根據(jù)V1=V2來(lái)計(jì)算收卷的卷徑。因?yàn)閂1=ω1×R1, V2=ω2×Rx。因?yàn)樵谙嗤臅r(shí)間內(nèi)由測(cè)長(zhǎng)輥?zhàn)哌^(guò)的紗的長(zhǎng)度與收卷收到的紗的長(zhǎng)度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt，Δn1×C1=Δn2×C2/i
(Δn1---單位時(shí)間內(nèi)牽引電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、Δn2---單位時(shí)間內(nèi)收卷電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、C1---測(cè)長(zhǎng)輥的周長(zhǎng)、C2---收卷盤頭的周長(zhǎng)、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---收卷編碼器的圈數(shù))。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即測(cè)長(zhǎng)輥轉(zhuǎn)一圈，由編碼器接到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(dòng)態(tài)過(guò)程分析
要能保證收卷過(guò)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(gè)系統(tǒng)要激活起來(lái)，首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，簡(jiǎn)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(shí)要克服滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生地滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(guò)計(jì)算出的實(shí)時(shí)卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小，經(jīng)過(guò)減速比折算到電機(jī)軸。這樣就分析出了收卷整個(gè)過(guò)程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^(guò)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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
·轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)
1) 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。
2) 滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償
滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)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(shí)，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。
3) 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。
·相關(guān)的計(jì)算公式
四、 調(diào)試過(guò)程
（1）先對(duì)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(hào)接至變頻器，并在變頻器上設(shè)定編碼器的圈數(shù)。然后用面板給定頻率和啟停控制，觀察顯示的運(yùn)行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動(dòng)。因?yàn)檫\(yùn)用閉環(huán)矢量控制時(shí)，運(yùn)行頻率總是接近設(shè)定頻率，所以運(yùn)行頻率是在設(shè)定頻率的附近波動(dòng)的。
（3）在程序中設(shè)定空芯卷徑和最大卷徑的數(shù)值。通過(guò)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(guò)算出的最大脈沖量對(duì)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(shí)，如果不對(duì)最高速進(jìn)行限定，一旦出現(xiàn)斷紗等情況，收卷電機(jī)會(huì)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(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性很差，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。
（4）通過(guò)前面分析的整個(gè)收卷的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在不同卷徑和不同運(yùn)行速度的各個(gè)階段，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)拇笮。噪姍C(jī)額定轉(zhuǎn)距的百分比來(lái)設(shè)定。
五、 參數(shù)簡(jiǎn)表
附表1：TD3300功能參數(shù)簡(jiǎn)表
結(jié)束語(yǔ)：技術(shù)更新越來(lái)越快，我們必須提高產(chǎn)品性能，使我們的產(chǎn)品能夠適應(yīng)我們的工藝要求。
