摘要：艾默生" title="艾默生">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" title="恒張力">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" title="張力控制">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?？刂疲^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" title="最大">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?，以電機(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,。