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解决方案 Case
Case 恒张力控制

蓝海华腾变频器收放卷设备应用选型介绍

日期: 2015-03-20
浏览次数: 117

一、标准变频器与收放卷变频器型号介绍
V5−H、V6−H属于标准产品,不能进行卷径计算。
V5−T、V6−T属于收放卷专用变频器,包括了标准产品的主要功能,还有特定的功能,可以进行卷径计算。
V5仅仅支持速度控制模式,V6不仅支持速度控制模式,还支持转矩控制模式。
V5−H能做一个无速度编码器反馈的矢量控制,没卷径计算,比如木工机械、音乐喷泉、扶梯、陶瓷机械、离心机、塑料吹塑机、细微拉丝机、磨床、雕铣机、跑步机、大圆机等行业应用中。
V6−H可做有速度编码器反馈的闭环矢量速度控制,还能做转矩控制,没卷径计算功能,适用于对速度精度更加准确和转矩控制的场合,,比如应用有:替换力矩电机、皮革机、鱼网编织机、浸胶机等。
V5−T能实现有位置摆杆或者浮动辊的速度控制,能做卷径计算,比较典型的行业应用是拉丝机速度控制。V5−T可进行卷径计算、复合控制等模式实现恒定线速度收放卷控制。应用行业主要有:双变频拉丝机(V5−E)、直进式拉丝机、层绕机、动力放线架、复卷机等。
V6−T包含了V5−T的主要功能,不仅能做速度控制,还能做转矩控制、张力控制和卷径计算,可以实现恒转矩控制或者恒张力控制。主要应用行业有:卷纸分切机、复合机、压痕机、涂布机、造纸机械等。
采用转矩控制模式时,选用V6系列变频器,一般的收卷皮革等材料,采用恒转矩控制模式就可以达到生产的需求。随着收卷卷径变大时,收卷材料张力会越来越小,对于普通的皮革收卷可能影响不大;对纸张等材料收卷可能有较大的影响,涉及到放卷时做材料图案印刷要实现速度同步,单做恒转矩控制没法满足生产的需求,可采用恒张力控制模式,必须选用V6−T的变频器。
如果行业应用中需要卷径计算,还得考虑是实现收卷还是实现放卷功能,根据实际需求设置H0.00对应的功能码参数。

 

蓝海华腾变频器可实现的功能 V5−H V5−T V6−H V6−T
支持卷径计算 × ×
支持张力速度控制模式 × ×
支持张力转矩控制模式 × × ×
支持恒力矩控制(不考虑卷径变化) × ×
支持有速度反馈的闭环矢量控制 × ×
支持485通讯 ×*
支持DI/DO端子功能 ×*
支持复合控制 ×

图 1 蓝海华腾变频器选型示意图


二、速度控制与转矩控制各种方案比较
方案1:复合控制模式
通过外部的线速度给定以及反映当前位置或者张力的反馈信号,实现快速准确的速度PID调节,使位置信号或者张力反馈信号始终处于设定的平衡位置来实现恒定张力控制。在这种工作模式下,变频器不需要外加张力控制器,不需要安装速度反馈编码器,但需要反馈当前位置或张力的外部信号,就可以实现恒定张力控制。我们在速度控制应用场合,在系统中有个张力摆杆或者气动浮辊,这是个很典型的信息,可以用我们的复合控制模式,在速度控制模式下做卷径计算,实现恒定线速度控制。
那么进行复合控制实现跟随前级速度且线速度恒定,我们可以通过一个简单的应用来作解释。首先复合控制是过程开环和模拟量反馈闭环控制,在调试指导里我们有个拉丝机速度
张力浮辊

图 2


控制方案,前级有个主拉伸变频器,收卷变频器跟随前级速度,有张力摆杆做PID调节,收线变频器采用V5−T变频器做卷径计算。过程开环频率由AI1输入前级速度,必须设置P0.04=1,设置P0.03=3或7为复合控制模式,P1.05=2模拟量反馈闭环控制主反馈为AI2输入浮辊信号模拟量。浮辊在收卷过程中的平衡位置有个目标模拟量,设置P8.00=目标模拟量,如果浮辊实际位置在目标量左右时,PID就进行调节,在开环频率给定基础上叠加一个反馈量,这样基本已经可以实现生产过程中的恒定线速度控制。但是由于有些设备,收放卷过程中卷径变化很大,我们要进行卷径计算,变频器随着卷径计算变大,会自动降低运行频率,更好的达到线速度同步。
这里我们说说速度控制的卷径计算问题:V5−T张力控制专用说书H0组功能码是卷径计算的关键功能码。首先要有个前级速度模拟量进入V5−T变频器AI模拟通道,作为跟随前级速度。H0.00=1为收卷模式,H0.00=2为放卷模式。从H0.01到H0.10这些功能码一定要设置正确,卷径计算与这些参数有关系。当设置好这些参数后,可以先运行设备,观察d2.21卷径计算实际值,然后目测收卷材料实际卷径是多少,如果d2.21偏大则修改H0.04最大线速度小点,反之则反,当计算卷径d2.21与实际目测基本一致时,则卷径计算正确,H0.11是变频器执行内部计算调节频率的参数,d2.21到H0.11有个卷径检出时间H0.16,可以适当调节H0.16的大小,使H0.11卷径跟随d2.21稳定且响应时间适当。卷径大小与频率的关系这里有个公式:线速度(V)∝频率(f)*卷径(D),也就是在收卷生产中,卷径越大,频率越低,从而保持材料线速度恒定。
以上有卷径计算满足线速度恒定,复合控制中的PID调节对线速度的不稳定因素进行微调,从而能更好的达到生产收卷的需求。
方案2:恒转矩控制模式
这里有个计算公式:张力(F)*卷径(D/2)=转矩(T)
采用转矩控制模式,必须设定P0.03=4为矢量控制,Pd.00=1为转矩控制模式,由P6.21选择转矩张力指令与速度限定指令通道,比如由AI1给定速度限定指令,由AI2给定转矩控制指令,则设置P6.21=0016。
变频器在收卷皮革应用中,采用恒定转矩控制方式,基本可以满足生产收卷的需求,这种控制方式是变频器最简单的控制方式,只是给定一个转矩,一个速度限定,然后对材料进行收卷生产。由于皮革材料韧度较大,采用简单的转矩控制方式也可以满足收卷的要求。
由上面公式可以得到,随着收卷卷径的增大,材料的张力会减小,收卷材料会稍微松点,此时操作工人可以适当扭大转矩(T)给定电位器,需要适时观察材料收卷松紧程度,来调节转矩给定电位器,这样需要操作工人手动控制,在生产中很不方便。在有些行业应用系统中,传动系统中加入一个张力控制器,我们给定一个恒定的转矩,随着收卷材料卷径变大张力需要增大,加入张力控制器后会自动增大收卷材料张力,但是张力控制器成本高,也不能更好的满足行业系统的需求。所以我们需要做卷径计算,通过我们变频器来调节转矩大小。以下我们介绍方案可以进行卷径计算,使张力保持恒定。
方案3:恒转矩控制模式下的H1.24转矩补偿
计算公式:张力(F)*卷径(D/2)=转矩(T)
此方案是解决方案2存在的问题。当由AI模拟量给定一个转矩量后,电位器给定的转矩就恒定不变了,由上面公式,随着卷径变大,张力会变小,当变频器能够做卷径计算,随着计算卷径变大,变频器内部会自动增大转矩给定,那么此时收卷材料张力就会保持不变。这里AI给定的转矩量(T)不变,由变频器内部增大转矩(T)给定量。
生产过程中,收卷卷径越来越大,给定的转矩也要相应变大,必须设置H1.24为某一参数值,H1.24为转矩控制下的卷径张力系数,修正后转矩给定量=修正前转矩给定量*(1+H1.24*(当前卷径H0.11/空卷卷径−1)),相当于此公式:张力(F)*卷径(D/2)=(1+k)转矩(T),对转矩(T)进行了修正。补偿随着卷径增大而增大的扭矩。
卷径计算在本方案中也起决定作用,必须正确计算卷径,才能正确补偿转矩量。有关卷径计算涉及到H0组功能码,和速度控制方案1卷径计算方式一样。请参考查阅。
方案4:恒张力控制模式
通过对变频器转矩输出控制和自动的卷径计算来保持恒定的设定张力。在这种工作模式下,变频器不需要外加张力控制器,不需要反馈当前位置或张力的外部信号,甚至不需要安装速度反馈编码器就可以实现恒定张力控制;但在要求极高的张力控制应用中,建议安装速度反馈编码器。
说此方案之前我们先做个比较:恒转矩与恒张力。首先设置Pd.00=1为转矩控制模式,如果设置H1.00=0时,模拟量给定值为转矩量(T),如果设置H1.00=1时,模拟量给定值为张力(F)。前面两个方案,我们都采用模拟量给定转矩(T)控制方案,方案4我们由模拟量给定恒定张力(F)。
在方案3中我们通过设置H1.24张力系数来实现材料恒定张力的控制,模拟量给定的是转矩(T)。方案4我们设置H1.00=1,由模拟量给定张力(F),随着卷径增大,变频器自动调节转矩变大,实现恒定张力控制。P6.21=0048,4为张力设定,8为速度限定。在H0组设置有关参数进行卷径计算,和方案1卷径计算方式一样,请参考查阅。模拟量给定的是张力(F),此时设置了H1.00=1,还要设置张力设定源H1.01,若为1则为模拟量输入, H1.02为+10V模拟量对应的最大张力,H1.08材料密度必须设置准确,当设定一个材料密度后,启动系统运行,如果卷径计算不够准确,频率波动较大,也可以适当调节H1.08的数值、H1.09设置收放卷材料宽度。
设置以上数据后,可以实现生产收放卷时,恒定张力的控制。方案4是我们做收放卷控制时的最高级调试方式,包括了收放卷行业的很多应用。
V6−T变频器基于高性能矢量控制技术和转矩控制技术,收放卷控制时:转矩控制精度高,可准确提供用户需要的张力并且对张力给定响应快,保证加工的材料粗细或厚度均匀;转矩输出能力强,在全速度范围内可持续提供额定或者定甚至最高至2.0倍额定的转矩,对收放卷盘径适应能力就强;启动平滑,无论低速还是高速运行下张力控制稳定,收放材料不会被拉细或者拉断;采用先进的转矩识别算法,可以自动补偿转动惯量、静止和滑动时的摩擦力,从而从根本上保证了线材加工时提供前后一致的张力控制特性;采用智能卷径识别,识别精度高,抗绕动能力强。

图 3


三、注意事项:
在做复合速度控制、恒转矩控制、恒张力控制时,要实现线速度或张力恒定,卷径计算是非常重要的,卷径计算错误,也就没法达到所需控制效果。
在默认的线速度计算卷径模式下,做卷径计算要求有前级线速度
复合速度控制时,前级速度作为主给定设置P0.04=1;
恒转矩控制模式下的H1.24转矩补偿制时,P6.21分别为0016,均由AI1作速度限定,AI2作转矩给定,AI3做线速度给定,还要设置P0.04=3,由AI3给定前级线速度,才能进行卷径计算。
恒张力控制时,P6.21分别为0048,由AI2确定张力给定,AI1即作为速度限定也作为线速度给定,才能进行卷径计算。
四、以上方案需要注意的功能码参数设置和模拟量通道设置

 

控制方式 P0.03 P0.04 P6.21 AI1 AI2 AI3 Pd.00 H0.00 H1.00
摆杆、摆辊反馈速度控制(有卷径计算) 3月7日 1 0 线速度给定 摆杆、摆辊反馈 / 0 1 0
P1.05=2
恒转矩控制(无卷径计算,无转矩补偿) 4月8日 / 16 速度限定 转矩给定1 / 1 0 0
H1.24无效
恒转矩控制(有卷径计算,有转矩补偿) 4月8日 3 16 速度限定 转矩给定1 线速度给定 1 1 0
H1.24有效
恒张力控制模式(有卷径计算) 4月8日 / 48 速度限定和 张力给定 / 1 1 1
线速度给定
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