關(guān)鍵字：臺達機電 分條機 張力控制 變頻器
1 引言
膠帶、保護膜生產(chǎn)設備主要包括各種膠粘制品及無膠紙類、布類、皮革類、多種塑料制品類物料的上膠、多層貼合、分條、復卷、分切、沖型機械等。其中分條機在生產(chǎn)過程中根據(jù)不同需要對材料進行切邊、分切等。其中分條機（圖1）主要用于將寬幅卷材分切成窄幅卷材。分條工藝包括放卷和收卷兩個過程。放卷和收卷的張力控制是分條機的關(guān)鍵自動化環(huán)節(jié)。本案例的方案特點是在原有電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上選用變頻器實現(xiàn)收放卷轉(zhuǎn)矩控制，達到了理想的效果，在原來的基礎(chǔ)上提高了機器工作性能，使機器在高速運轉(zhuǎn)中更趨穩(wěn)定，操作方便，安全可靠，耐用性強，減輕了勞動強度。
圖1多功能貼合復卷分條機
2 系統(tǒng)設計
2.1系統(tǒng)方案
系統(tǒng)方案參見系統(tǒng)控制框圖（圖2）。設備主體選用臺達機電系列（表1）。
圖2系統(tǒng)控制框圖
表1 設備主體選型
2.2系統(tǒng)分析
收放卷工藝要求恒張力控制。張力的給定通過張力控制器。張力控制器控制的原理是通過檢測收卷的線速度計算卷徑，負載轉(zhuǎn)距=F*D/2（F為設定張力，D為當前卷徑），因此當設定了張力的大小，因為當前卷徑通過計算已得知，所以負載轉(zhuǎn)矩就可以算出來了。張力控制器能夠輸出標準的0~10V的模擬量信號，對應異步電機的額定轉(zhuǎn)矩。所以我們用該模擬量信號接入變頻器，選擇轉(zhuǎn)矩給定。這樣在整個收卷的動態(tài)過程中，能夠保證張力的恒定。
在變頻器轉(zhuǎn)矩模式下，對速度進行限制。在張力控制模式下，不論直流電機、交流電機還是伺服電機都要進行速度的限制，否則當電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距能夠克服負載轉(zhuǎn)矩而運行時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動加速度，而使轉(zhuǎn)速不斷的增加，最終升速到最高速，就是所謂的飛車。如圖2中所示，收放卷的速度是通過主軸B系列變頻器的模擬量輸出AFM而進行限定的。也就是將主軸B系列的變頻器上3-05（模擬信號輸出選擇）參數(shù)設定為03（頻率指令輸出）,如圖3所示。將該信號分別接到收放卷變頻器的模擬量輸入端口上，作為頻率給定和上限頻率的設定信號。
圖3頻率指令輸出函數(shù)
零速張力控制要求。當收放卷以0Hz運行時，電機的輸出軸上有一定的張力輸出，且可調(diào)。該要求主要是防止當收放卷運轉(zhuǎn)當中停車，再啟動時能夠保證收放卷的盤頭不會松掉。在該控制系統(tǒng)中，可以通過調(diào)整張力控制器上的初始張力設定而達到要求。
2.3分條機恒張力原理設計
1)恒張力控制的原理
對于收放卷過程中恒張力控制的實質(zhì)是需要知道負載在運行當中卷徑的變化，因為卷徑的變化，導致為了維持負載的運行，需要電機的輸出轉(zhuǎn)矩要跟隨著卷徑的變化而變化。對與V系列變頻器而言，因為能夠做轉(zhuǎn)矩控制，因此能夠完成收卷恒張力的控制。V系列變頻器提供了三路模擬量輸入端口，AUI、AVI、ACI。這三路模擬量輸入口能夠定義為多種功能，因此，可以任選一路作為轉(zhuǎn)矩給定，另外一路作為速度限制。0~10V對應變頻器輸出0~電機額定轉(zhuǎn)矩，這樣通過調(diào)整0~10V的電壓就能夠完成恒張力的控制。而對于分條機，計算卷徑的部分是通過張力控制器來計算的，當然用PLC架構(gòu)來實現(xiàn)也是沒有問題的。也就是說，可以通過在人機或文本上設定張力，通過PLC計算卷徑，T=F*D/2，所以可以算出需要電機輸出的轉(zhuǎn)矩大小，通過模擬量輸出接到V系列變頻器的轉(zhuǎn)矩給定端就可以了。
2)同步轉(zhuǎn)速計算
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。對于四極電機而言其同步轉(zhuǎn)速計算如下:
n1=60f1/p=>n1=1500r/min=>2HZ/50HZ=N/1500=>n=60rpm/min
（f1-為額定頻率、p-為極對數(shù)、n1-同步轉(zhuǎn)速）
3)限速運行
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=π*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，因此要限速運行。
4)張力及轉(zhuǎn)矩的計算
如果F*D/2=T/i（F--張力、D--卷徑、T--轉(zhuǎn)距、i--減速
比）,=>F=2*T*i/D對于3.7KW的交流電機,其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下:
T=9550*P/n=>T=24.88N.m所以Fmax=2*24.88*9/0.6=74.64N
?。═-電機的額定轉(zhuǎn)距、P-電機的額定功率、n-為電機的額定轉(zhuǎn)速）
3 調(diào)試過程及參數(shù)設定
3.1V系列變頻器電機參數(shù)的自整定
1)將驅(qū)動器的所有參數(shù)恢復成出廠值。
2)將電機軸與負載脫開。
3)將電機額定電壓01-02、電機額定頻率參數(shù)01-01、分別正確填入數(shù)值。
4)將參數(shù)05-00設定為1，然后按Keypad RUN的命令，此時立即執(zhí)行電機的自動整定。執(zhí)行約2min的時間（功率越大，要將加減速時間設定長一些）。
5)執(zhí)行后檢查05-02、05-06~05-09、05-12、05-16~19參數(shù)是否已自動將測量的數(shù)據(jù)填入，若沒有請再次設定05-00參數(shù)，RUN一次。
3.2V系列變頻器閉環(huán)矢量試運行
將運行方式設定為面板啟動，頻率給定方式為面板給定。運行方式為V/F+PG將頻率設定成10Hz,然后運行，觀察變頻器是否會報PG報警，如果報PG報警，則將10-01設定為1（原來為0，反之設定為0），然后斷電重新上電。再次按運行按鈕，確保變頻器不再報警，同時按Mode鍵，切換置顯示運行頻率，觀察運行頻率是否在10Hz上下波動，確保閉環(huán)矢量運行調(diào)試完成。
3.3V系列變頻器轉(zhuǎn)距控制參數(shù)設定
1)主軸VFD037B43A參數(shù)設定
01-00-----------50 最大操作頻率
01-01-----------50 最大電壓頻率
02-00-----------1 第一頻率來源（AVI）
02-01-----------1 第一運轉(zhuǎn)指令來源（外部端子啟動）
03-05-----------3 頻率指令輸出
2)收放卷VFD037V43A參數(shù)設定
00-04----------40 觀察上限頻率
00-20----------2 頻率指令來源(外部模擬量輸入)
00-21----------1 運轉(zhuǎn)指令來源（外部端子啟動）
01-00----------50 最大操作頻率
01-01----------50 最大電壓頻率
00-12----------1 第一加速時間
00-13----------1 第一減速時間
03-00----------4 AVI上限頻率限定
03-02----------1 轉(zhuǎn)距給定
03-09----------110 模擬量輸入增益（AVI）
03-11----------200 模擬量輸入增益（AUI）
10-00----------1024 編碼器線數(shù)
10-01----------1 編碼器方向
4 結(jié)束語
當應用V系列變頻器做張力控制時，一定要考量控制介質(zhì)能承受的張力范圍。保證張力控制的范圍不能太小，一般張力范圍在幾百牛頓甚至更大時，用變頻器做張力控制是能夠滿足客戶的需要的。如果張力范圍太小，是無法用變頻器進行張力控制的。因為低轉(zhuǎn)距、小負載時，V系列變頻器的性能還是不是非常好，將轉(zhuǎn)距調(diào)到非常小時，電機運轉(zhuǎn)不是很平穩(wěn)。所以在做類似的應用時還是要了解清楚客戶的要求，以免無法達到客戶的要求。
參考文獻
?。?］VFD-V使用手冊.臺達
［2］VFD-B使用手冊.臺達
?。?］任禮維,林瑞光.電機與拖動基礎(chǔ).浙江大學出版社
作者：李強
信息來源：中達電通股份有限公司
（轉(zhuǎn)載）
