卷曲张力控制.doc

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1、变频限转矩功能在收卷和主从控制中的应用发表时间：2009-3-27来源：仪众国际网关键字：变频器收卷主从控制限转矩信息化应用调查我要找茬在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本对于收卷而言，随着卷径的逐渐增大，限转矩的值也随之增大，变频器输出的速度将随之减少，符合收卷的基本原理，同时张力也在控制之中；而对于主从控制中的从传动而言，只要将其转矩限定值跟随主传动，就能保证两者之间的同步匹配。本文将主要讨论矢量变频器的限转矩功能在收卷控制和主从控制中的应用。1、前言　　矢量控制的变频器是通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制，实现了转矩的快速响应和准确控制，可以很高的控制精度进行宽范围的调速运

2、行。　　如图1所示为矢量控制变频器的基本工作原理，频率指令和实际速度的比较值通过一个速度调节器ASR后再进行转矩限定，最后来控制变频器的输出转矩。该控制图分为2个闭环（速度环和电流环），限转矩的作用就是用来限定速度调节器输出的转矩电流，将直接限制变频器的输出频率。设定转矩的方式一般有2种：变频器参数设定和模拟量输入设定。　　对于收卷而言，随着卷径的逐渐增大，限转矩的值也随之增大，变频器输出的速度将随之减少，符合收卷的基本原理，同时张力也在控制之中;而对于主从控制中的从传动而言，只要将其转矩限定值跟随主传动，就能保证两者之间的同步匹配。　　本文将主要讨论矢量变频器的限转矩功能在收卷控制和主

3、从控制中的应用。图1限转矩工作简图2、限转矩功能与中心收卷　　在工业生产中，通常都需要进行卷取控制，以生产符合要求的卷材，如造纸行业的卷筒纸、冶金行业的带钢材、印刷行业的包装材料卷筒等。目前成熟的收卷只要是被动收卷（以高速造纸和塑料收卷居多）或是以直流调速器控制的中心收卷（以冶金行业居多），而交流变频器在中心收卷中的应用并没有象在其他行业（如风机等）那么普及，究其原因在于收卷的控制难度和复杂性。　　经典的收卷都是采用张力闭环，它是通过张力检测装置反馈张力信号与张力的设定值构成PID闭环，然后调整变频器的输出频率命令（速度模式）或输出转矩指令（转矩模式）。此方案可以适用于高精度的张力收卷场

4、合，但对于要求并不要求严格、又要求性价比高的收卷来说，本文提出了比较实用的矢量变频器限转矩方法，可以省去张力传感器、PID控制器，而只需要简单的变频器加PLC控制即可。　　（1）转矩计算　　图2为中心收卷基本示意图，采用开环的张力控制来实现收卷。在这种控制方式下，实际张力还是必须要知道的，无非它是通过变频器内部的检测和计算来获取的，从而省去张力检测装置，降低了系统的成本和难度。　　由设定的张力和卷筒的卷径可以计算出变频器的转矩指令，其公式如下：　　T=（FXD）/（2Xi）　　其中：T为变频器的输出转矩指令;F为张力设定指令;D为卷筒的卷径;i为机械传动比。　　在实际的使用中，卷取控制通

5、常都需要材料张力随着卷径增大而相应降低，以防止损伤卷轴和提高产品的卷取质量，这样的控制就叫“锥度控制”。　　张力锥度为：F=F0X[1-K（1-D0/D）]　　其中：F为实际输出张力;F0为张力设定指令;K为张力锥度系数;D为卷筒实时卷径;D0为空心卷筒卷径。　　综合以上二公式可以得出T是D的一次函数：T=f（D）图2中心收卷简图　　（2）卷径测量　　在转矩控制中已经看出，转矩是直接跟卷径有关，并且是卷径的一次函数，因此卷径的计算是比较重要的。最简单的当然是直接测量，但实际中我们都会考虑采用间接计算法，以减少成本。　　通常计算卷径有2种方法：线速度计算和厚度积分。前者是利用线速度除以电机

6、角速度就是卷径的相对比例，方法比较简单，但必须注意当线速度运行在低速时由于卷材的线速度和电机的运行频率都比较低，所以导致误差比较大，因此通常要采用弥补的方法（比方设定一个最低线速度下限值）。后者按卷筒的旋转圈数进行卷径累积，必须注意的是一定要准确知道厚度，在换品种时必须输入厚度系数。　　（3）限转矩控制在电池配件锌板收卷中的应用　　在电池配件锌板中的生产中，从铸造机中出来的热锌板，经过轧机轧制后，最后进行收卷。设计轧机为交流异步电动机55KW，收卷为7.5KW。由于目前矢量变频器已经具有低频（甚至零频）满载启动功能，如安川VS-616G5带PG矢量运行时150%启动力矩/0RPM、爱默生

7、TD3000带PG矢量运行时200%启动力矩/0RPM，因此可以替代直流传动应用在需要卡死再启动的轧机上、或者是卷径变化大导致转速变化也大的中心收卷上。　　具体的示意如图3所示，包括轧机变频器VF1、中心收卷变频器VF2、可编程控制器S7200以及相应的人机界面组成。图3锌板收卷原理　　本系统可以实现以下的几个功能：（1）通过人机界面设置轧机的主速度，同时可以读取轧机的线速度;（2）通过人机界面可以设定中心收卷的速度给定和转矩限定值