用變頻器做恒張力控制的實質(zhì)是閉環(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,。

二．張力控制變頻收卷在紡織行業(yè)的應(yīng)用及工藝要求

　　2.1 傳統(tǒng)收卷裝置的弊端

　　紡織機(jī)械如：漿紗機(jī),、漿染聯(lián)合機(jī)、并軸機(jī)等設(shè)備都會有收卷的環(huán)節(jié),。傳統(tǒng)的收卷都是采用機(jī)械傳動,，因為機(jī)械的同軸傳動對于機(jī)械的磨損是非常嚴(yán)重的，據(jù)了解,，用于同軸傳動部分的機(jī)械平均壽命基本上是一年左右,。而且經(jīng)常要維護(hù)，維護(hù)的時候也是非常麻煩的,，不僅浪費(fèi)人力而且維護(hù)費(fèi)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(jī)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(fèi),。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(jī)械傳動系統(tǒng),。

　　2.2 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,。

　　（3）在加速、減速,、停止的狀態(tài)下也不能有上述情況出現(xiàn),。

　　（4）要求將張力量化,，即能設(shè)定張力的大?。Φ膯挝唬茱@示實際卷徑的大小,。

　　2.3 張力控制變頻收卷的優(yōu)點

　?。?）張力設(shè)定在人機(jī)上設(shè)定，人性化的操作,，單位為力的單位：牛頓,。

　　（2）使用先進(jìn)的控制算法：卷徑的遞歸運(yùn)算,；空心卷徑激活時張力的線性遞加,；張力錐度計算公式的應(yīng)用；轉(zhuǎn)矩補(bǔ)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(jī)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(yùn)算，在操作失誤的時候,，能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值,。

　　（4）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(jìn)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(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(jī)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(jī)械進(jìn)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(jī)械收卷對機(jī)械磨損的弊端,，延長機(jī)械的使用壽命。方便維護(hù)設(shè)備,。

　　圖1 系統(tǒng)構(gòu)成及系統(tǒng)框圖

三． 變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程

　　3.1 卷徑的計算原理

　　根據(jù)V1=V2來計算收卷的卷徑,。因為V1=ω1＊R1， V2=ω2＊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/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,，因為Δn2=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。

　　3.2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(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（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(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理,。

　　3.3轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

　　（1）靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)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(bǔ)償是以計算后電機(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,。

　　3.4計算當(dāng)中的公式計算

　?。?）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：因為：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,；

　?。?）因為我們知道變頻器工作在低頻時，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,。 =& gt;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=& gt;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,。

　　（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(jī),，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）。

四．調(diào)試過程：

　　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。

　　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?？刂疲^察顯示的運(yùn)行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動,。因為運(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,。

　　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(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,，因為變頻器用作張力控制時，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,，因為變頻器在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,。

　　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?，可以以電機(jī)額定轉(zhuǎn)距的百分比來設(shè)定。

五．真正的張力控制

　　5.1 張力控制的定義

　　所謂的張力控制,，通俗點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)距,。

　　5.2 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

　?。?）變頻收卷的實質(zhì)是要完成張力控制,，即能控制電機(jī)的運(yùn)行電流,，因為三相異步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距T=CmφmIa，與電流成正比,。并且當(dāng)負(fù)載有突變時能夠保證電機(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死循環(huán)控制,。

　?。?）市場上能進(jìn)行張力控制變頻收卷的變頻器主要有： 安川、艾默生,、倫次等,。艾默生TD3300就是一款收放卷專用的變頻器，臺達(dá)V+系列的變頻器正在推出自己的收放卷專用的變頻器,，總結(jié)收放卷專用變頻器的很多主要功能和參數(shù)并且加入了自己的算法，具有自己的特點,，加上臺達(dá)在全國的聯(lián)保服務(wù)能夠解決客戶的后顧之憂,。應(yīng)該是客戶不錯的選擇。