臺達機電產品在自動分條機上的應用
摘 要：本文主要介紹了分條機的用途、工藝要求、控制方式、控制難點以及實現的方法、調試過程。重點介紹了如何用臺達V系列的變頻器實現張力控制。應用V系列變頻器實現轉矩控制時應該注意的調試步驟、過程及參數的設定。
關鍵字：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。其中分條機在生產過程中根據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鍵自動化環節。本案例的方案特點是在原有電控系統的基礎上選用變頻器實現收放卷轉矩控制，達到了理想的效果，在原來的基礎上提高了機器工作性能，使機器在高速運轉中更趨穩定，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 系統設計
2.1系統方案
系統方案參見系統控制框圖（圖2）。設備主體選用臺達機電系列（表1）。
圖2系統控制框圖
表1 設備主體選型
2.2系統分析
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矩。所以我們用該模擬量信號接入變頻器，選擇轉矩給定。這樣在整個收卷的動態過程中，能夠保證張力的恒定。
在變頻器轉矩模式下，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，否則當電機產生的轉距能夠克服負載轉矩而運行時，會產生轉動加速度，而使轉速不斷的增加，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
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。該要求主要是防止當收放卷運轉當中停車，再啟動時能夠保證收放卷的盤頭不會松掉。在該控制系統中，可以通過調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~電機額定轉矩，這樣通過調整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架構來實現也是沒有問題的。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矩大小，通過模擬量輸出接到V系列變頻器的轉矩給定端就可以了。
2)同步轉速計算
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、n1-同步轉速）
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,否則會出現飛車，因此要限速運行。
4)張力及轉矩的計算
如果F*D/2=T/i（F--張力、D--卷徑、T--轉距、i--減速
比）,=>F=2*T*i/D對于3.7KW的交流電機,其額定轉矩的計算如下:
T=9550*P/n=>T=24.88N.m所以Fmax=2*24.88*9/0.6=74.64N
（T-電機的額定轉距、P-電機的額定功率、n-為電機的額定轉速）
3 調試過程及參數設定
3.1V系列變頻器電機參數的自整定
1)將驅動器的所有參數恢復成出廠值。
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01-01、分別正確填入數值。
4)將參數05-00設定為1，然后按Keypad RUN的命令，此時立即執行電機的自動整定。執行約2min的時間（功率越大，要將加減速時間設定長一些）。
5)執行后檢查05-02、05-06~05-09、05-12、05-16~19參數是否已自動將測量的數據填入，若沒有請再次設定05-00參數，RUN一次。
3.2V系列變頻器閉環矢量試運行
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，確保閉環矢量運行調試完成。
3.3V系列變頻器轉距控制參數設定
1)主軸VFD037B43A參數設定
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
10-01----------1 編碼器方向
4 結束語
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。因為低轉距、小負載時，V系列變頻器的性能還是不是非常好，將轉距調到非常小時，電機運轉不是很平穩。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
［1］VFD-V使用手冊.臺達
［2］VFD-B使用手冊.臺達
［3］任禮維,林瑞光.電機與拖動基礎.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
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