台达变频器编码器在自动分条机上成功应用

一．前言 
　　胶带、保护膜生产设备主要包括各种胶粘制品及无胶纸类、布类、皮革类、多种塑料制品类物料的上胶、多层贴合、分条、复卷、分切、冲型机械等。分条机主要将宽幅整卷材料切成短幅材料，包括放卷和收卷两个过程，张力控制是难点。中达为客户提供的方案在原有控制的基础上不增加任何其它费用，选用两台V系列的变频器作为收放卷，运用转矩控制方式达到了非常好的效果。 
二．系统构成 
1．硬件组成 

2．系统框图 
（1）.设备图片
多功能贴合复卷分条机
三．工艺要求及控制原理 
1.工艺要求：
 
    （1）. 恒张力控制：张力的给定通过张力控制器。张力控制器控制的原理是通过检测收卷的线速度计算卷径，负载转距=F＊D/2（F为设定张力，D为当前卷径），因此当设定了张力的大小，因为当前卷径通过计算已得知，所以负载转距就算出来了。张力控制器能够输出标准的0～10V的模拟量信号，对应异步电机的额定转距。所以我们用该模拟量信号接入变频器，选择转距给定。这样在整个收卷的动态过程中，能够保证张力的恒定。 
    （2）.转距模式下，对速度进行限制。在张力控制模式下，不论直流电机、交流电机还是伺服电机都要进行速度限制，否则当电机产生的转距能够克服负载转距而运行时，会产生转动加速度，而使转速不断增加，zui终升速到zui高速，就是所谓的飞车。如图1所示，收放卷的速度是通过主轴B系列变频器的模拟量输出AFM而限定的，也就是将主轴B系列的变频器上3—05（模拟信号输出选择）参数设定为03（频率指令输出），如下图所示。将该信号分别接到收放卷变频器的模拟量输入端口上，作为频率给定和上限频率的设定信号。 

    （3）.零速张力，当收放卷以0Hz运行时，电机的输出轴上有一定的张力输出，而且可调。该要求主要是防止当收放卷运转当中停车，再起动时能够保证收放卷的盘头不会松掉。在该控制系统中，可以通过调整张力控制器上的初始张力设定而达到要求。
2．控制原理 
（1）.恒张力控制的原理 
　　已知空芯卷径Dmin=200mm，满卷卷径Dmax=1200mm；线速度的zui大值Vmax=90m/min，张力设定zui大值Fmax=50kg（约等于500牛）；减速比i=9；速度的限制如下:因为:V=π＊D＊n/i（V—线速度、D—卷径、n—转速，对于收卷电机）→收卷电机在空芯卷径时的转速zui快。所以:90=3.14＊0.2＊n/9→n=1290r/min。 
（2）.因为我们知道变频器工作在低频时，交流异步电机的特性不好，激活转矩低而且非线性。因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2HZ以下.因此:收卷电机有zui低速度的限制.计算如下：对四极电机而言，其同步转速为:n1=60f1/p→n1=1500r/min（f1—为额定频率、p—为极对数、n1—同步转速→2HZ/50HZ=N/1500→n=60r/min。当达到zui大卷径时，可以求出收卷整个过程中运行的zui低速：V=π＊D＊n/i→Vmin=3.14＊1.2＊60/9=25.12m/min。张力控制时，要对速度进行限制，否则会出现飞车。因此要限速。 
（3）.张力及转矩的计算如下:如果F＊D/2=T/i（F—张力、D—卷径、T—转距、i—减速比）→F=2＊T＊i/D，对于3.7kW的交流电机，其额定转矩的计算如下:T=9550＊P/n→T=24.88N.m（T—电机的额定转距、P—电机的额定功率、n—为电机的额定转速），所以Fmax=2＊24.88＊9/0.6=74.64N。 
四．调试过程及参数设定 
1．PG04的接线 

2．调试过程 
（1）.电机的自整定 
1. 将驱动器的所有参数恢复成出厂值。 
2. 将电机轴与负载脱开。 
3. 将电机额定电压01—02、电机额定频率参数01—01、分别正确填入数值。 
4. 将参数05—00设定为1，然后按Keypad RUN的命令，此时立即执行电机的自动整定。执行约2min的时间（功率越大，要将加减速时间设定长一些）。 
5. 执行后检查05—02、05—06～05—09、05—12、05—16～19参数是否已自动将测量的数据填入，若没有请再次设定05—00参数，RUN一次。
（2）.闭环矢量试运行 
　　将运行方式设定为面板起动，频率给定方式为面板给定。运行方式为V/F+PG将频率设定成10Hz，然后运行，观察变频器是否会报PG报警，如果报PG报警，则将10—01设定为1（原来为0，反之设定为0），然后断电重新上电。再次按运行按钮，确保变频器不再报警，同时按Mode键，切换置显示运行频率，观察运行频率是否在10Hz上下波动，确保闭环矢量运行调试完成。
（3）.转距控制参数设定 
主轴VFD037B43A参数设定：
01—00——————50 zui大操作频率 
01—01——————50 zui大电压频率 
02—00——————1 *频率来源（AVI） 
02—01——————1 *运转指令来源（外部端子起动） 
03—05——————3 频率指令输出 
收放卷VFD037V43A参数设定 
00—04—————40 观察上限频率 
00—20—————2 频率指令来源（外部模拟量输入）
00—21—————1 运转指令来源（外部端子起动） 
01—00—————50 zui大操作频率 
01—01—————50 zui大电压频率 
00—12—————1 *加速时间 
00—13—————1 *减速时间 
03—00—————4 AVI上限频率限定 
03—02—————1 转距给定 
03—09—————110 模拟量输入增益（AVI） 
03—11—————200 模拟量输入增益（AUI） 
10—00—————1024 编码器线数 
10—01—————1 编码器方向 
五．结论 
　　当应用V系列变频器做张力控制时，一定要考量控制介质能承受的张力范围，保证张力控制的范围不能太小。一般张力范围在几百牛顿甚至更大时，用变频器做张力控制是能满足客户的需要的。如果张力范围太小，是无法用变频器进行张力控制的。所以在做类似应用时，还是要了解清楚客户的要求，以免无法达到客户的要求。