張力控制變頻收卷的原理及在紡織行業(yè)的應(yīng)用

1、 張力控制變頻收卷的控制原理及在紡織行業(yè)的應(yīng)用 -作者：中達電通 上海分公司 FAE李強前言 : 用變頻器做恒張力控制的實質(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，要進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)距補償。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)時進行不同的轉(zhuǎn)距補償，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。 二張力控制變頻收卷在紡織行業(yè)的應(yīng)用及工藝要求1傳統(tǒng)收卷裝置的弊端紡織機械如：漿紗機、漿染聯(lián)合機、并軸機等設(shè)備都會有收卷的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的收卷都是

2、采用機械傳動，因為機械的同軸傳動對于機械的磨損是非常嚴重的，據(jù)了解，用于同軸傳動部分的機械平均壽命基本上是一年左右。而且經(jīng)常要維護，維護的時候也是非常麻煩的,不僅浪費人力而且維護費用很高,給客戶帶來了很多的不便。尤其是紡織設(shè)備基本上是開機后不允許中途停車的，如發(fā)生意外情況需要停車會造成很大的浪費。在這種情況下，張力控制變頻收卷開始逐漸取代傳統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)。2張力控制變頻收卷的工藝要求* 在收卷的整個過程中都保持恒定的張力。張力的單位為：牛頓或公斤力。* 在啟動小卷時，不能因為張力過大而斷紗；大卷啟動時不能松紗。* 在加速、減速、停止的狀態(tài)下也不能有上述情況出現(xiàn)。* 要求將張力量化，即能設(shè)定張

3、力的大小（力的單位），能顯示實際卷徑的大小。3張力控制變頻收卷的優(yōu)點* 張力設(shè)定在人機上設(shè)定，人性化的操作,單位為力的單位:牛頓.* 使用先進的控制算法:卷徑的遞歸運算;空心卷徑激活時張力的線性遞加;張力錐度計算公式的應(yīng)用;轉(zhuǎn)矩補償?shù)膭討B(tài)調(diào)整等等.* 卷徑的實時計算，精確度非常高，保證收卷電機輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性能好。并且 在計算卷徑時加入了卷徑的遞歸運算，在操作失誤的時候，能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值。* 因為收卷裝置的轉(zhuǎn)動慣量是很大的，卷徑由小變大時。如果操作人員進行加速、減速、停車、再激活時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

4、，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。* 在傳統(tǒng)機械傳動收卷的基礎(chǔ)上改造成變頻收卷，非常簡便而且造價低，基本上不需對原有機械進行改造。改造周期小，基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成。* 克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長機械的使用壽命。方便維護設(shè)備。三 系統(tǒng)構(gòu)成及系統(tǒng)框圖 四 變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程* 卷徑的計算原理：根據(jù)V1=V2來計算收卷的卷徑。因為V1=1*R1, V2=2*Rx.因為在相同的時間內(nèi)由測長輥走過的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/t=L2/t ,n1*C1=n2*C2/i(n1-單位時間內(nèi)牽引電機

5、運行的圈數(shù)、n2-單位時間內(nèi)收卷電機運行的圈數(shù)、C1-測長輥的周長、C2-收卷盤頭的周長、i-減速比) n1*D1=n2*D2/i D2=n1*D1*i/n2,因為n2=P2/P2(P2-收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2-收卷編碼器的線數(shù)). n1=P1/P1取n1=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/P2,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.需要進行轉(zhuǎn)矩的補償.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

6、間起作用;正常運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)矩在運行當中一直都存在,并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進行不同大小的補償,系統(tǒng)在加速、減速、停車時為克服系統(tǒng)的慣量,也要進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補償,補償?shù)牧颗c運行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時候,補償?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,還要克服負載轉(zhuǎn)矩,通過計算出的實時卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小,經(jīng)過減速比折算到電機軸.這樣就分析出了收卷整個過程的轉(zhuǎn)矩補償?shù)倪^程。總結(jié):電機的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩(激活瞬間)+滑動摩擦轉(zhuǎn)矩+負載轉(zhuǎn)矩.在加速時還要加上加速轉(zhuǎn)矩;在減速時要減去減速

7、轉(zhuǎn)矩.停車時,因為是通過程控減速至設(shè)定的最低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補償同減速轉(zhuǎn)矩的處理.* 轉(zhuǎn)矩的補償標準(1). 靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補償:因為靜摩擦轉(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)矩的補償是以計算后電機輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進行補償.(2). 滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補償:滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補償在系統(tǒng)運行的整個過程中都是起作用的.補償?shù)拇笮∫允站黼姍C的額定轉(zhuǎn)矩為標準.補償量的大小與運行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時，要分段進行補償。(3). 加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補償：補償硬一收卷電機的額定轉(zhuǎn)矩為標準，相應(yīng)的補償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。* 計算當中的公式計算(1). 已知空芯卷徑Dmi

8、n=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:因為:V=*D*n/i(對于收卷電機)=收卷電機在空芯卷徑時的轉(zhuǎn)速是最快的.所以:90=3.14*0.2*n/9=n=1290r/min;(2). 因為我們知道變頻器工作在低頻時,交流異步電機的特性不好,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工作在2HZ以下.因此:收卷電機有個最低速度的限制.計算如下:對于四極電機而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=n1=1500r/min. =2HZ/5HZ=N/1500

9、=n=60r/min當達到最大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運行的最低速.V=*D*n/i=Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min.張力控制時,要對速度進行限制,否則會出現(xiàn)飛車.因此要限速.(3). 張力及轉(zhuǎn)矩的計算如下:如果F*D/2=T/i,=F=2*T*i/D對于22KW的交流電機,其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下: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先對電機進行自整定，將電機的定子電感、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)。

10、然后用面板給定頻率和啟?？刂疲^察顯示的運行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動。因為運用死循環(huán)矢量控制時，運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。通過前面卷徑計算的公式算出電機尾部所加編碼器產(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的速度進行限定，因為變頻器用作張力控制時，如果不對最高速進行限定，一旦出現(xiàn)斷紗等情況，收卷電機會飛車的。最低脈沖量是為了避免收卷變頻器運行在2Hz以下，因為變頻器在2Hz以下運行時，電機的轉(zhuǎn)距特性很差，會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。 4通過前面分

11、析的整個收卷的動態(tài)過程，在不同卷徑和不同運行速度的各個階段，進行一定的轉(zhuǎn)距補償.補償?shù)拇笮?，可以以電機額定轉(zhuǎn)距的百分比來設(shè)定。五真正的張力控制.1.什么是張力控制：所謂的張力控制，通俗點講就是要能控制電機輸出多大的力，即輸出多少牛頓。反應(yīng)到電機軸即能控制電機的輸出轉(zhuǎn)距。2.真正的張力控制不同于靠前后兩個動力點的速度差形成張力的系統(tǒng)，靠速度差來調(diào)節(jié)張力的實質(zhì)是對張力的PID控制，要加張力傳感器。而且在大小卷啟動、停止、加速、減速、停車時的調(diào)節(jié)不可能做到象真正的張力控制的效果，張力不是很穩(wěn)定?？隙〞绊懮a(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量。六變頻收卷對變頻器性能的要求 1. 變頻收卷的實質(zhì)是要完成張力控制,即能控制電

12、機的運行電流,因為三相異步電機的輸出轉(zhuǎn)距T=CMmIa,與電流成正比.并且當負載有突變時能夠保證電機的機械特性曲線比較硬.所以必須用矢量變頻器,而且必須要加編碼器死循環(huán)控制. 2. 市場上能進行張力控制變頻收卷的變頻器主要有: 安川,艾默生,倫次等.臺達V系列的變頻器是矢量型變頻器,能夠完成張力控制,但因為不屬于收放卷專用型變頻器,所以要配合外部其它接口設(shè)備才能完成收放卷的功能.艾默生TD3300就是一款收放卷專用的變頻器,也許臺達也會在不久的將來推出我們自己收放卷專用的變頻器,我們拭目以待. 七使用臺達產(chǎn)品做變頻收卷的方案 1.硬件構(gòu)成：DOP-A57GSTD+DVP-20EH+DVP4DA-H+VFD-V2.電氣原理圖：（以并軸機為