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臺達V系列變頻器張力控制應(yīng)用

發(fā)布時間:2019-07-24 10:07:11來源:

臺達V系列變頻器張力控制應(yīng)用
一. 前言 :  用變頻器做恒張力控制的實質(zhì)是死循環(huán)矢量控制,即加編碼器反饋。對收卷來說,收卷的卷經(jīng)是由小到大變化的,為了保證恒張力,所以要求電機的輸出轉(zhuǎn)距要由小到大變化。同時在不同的操作過程,要進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)距補償。即小卷啟動的瞬間,加速,減速,停車,大卷啟動時,要在不同卷經(jīng)時進行不同的轉(zhuǎn)距補償,這樣就能使得收卷的整個過程很穩(wěn)定,避免小卷時張力過大;大卷啟動時松紗的現(xiàn)象。 (歡迎來電咨詢  鄭州變頻器 網(wǎng)址:www.cntjjp.com.cn  電話:0371- 56700815  手機:15515598858 )
   
    二.張力控制變頻收卷在紡織行業(yè)的應(yīng)用及工藝要求
  
  1.傳統(tǒng)收卷裝置的弊端
    紡織機械如:漿紗機、漿染聯(lián)合機、并軸機等設(shè)備都會有收卷的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的收卷都是采用機械傳動,因為機械的同軸傳動對于機械的磨損是非常嚴重的,據(jù)了解,用于同軸傳動部分的機械平均壽命基本上是一年左右。而且經(jīng)常要維護,維護的時候也是非常麻煩的,不僅浪費人力而且維護費用很高,給客戶帶來了很多的不便。尤其是紡織設(shè)備基本上是開機后不允許中途停車的,如發(fā)生意外情況需要停車會造成很大的浪費。在這種情況下,張力控制變頻收卷開始逐漸取代傳統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)。
  
  2.張力控制變頻收卷的工藝要求
  * 在收卷的整個過程中都保持恒定的張力。張力的單位為:牛頓或公斤力。
  * 在啟動小卷時,不能因為張力過大而斷紗;大卷啟動時不能松紗。
  * 在加速、減速、停止的狀態(tài)下也不能有上述情況出現(xiàn)。
  * 要求將張力量化,即能設(shè)定張力的大?。Φ膯挝唬?,能顯示實際卷徑的大小。
  
  3.張力控制變頻收卷的優(yōu)點
  * 張力設(shè)定在人機上設(shè)定,人性化的操作,單位為力的單位:牛頓.
  * 使用先進的控制算法:卷徑的遞歸運算;空心卷徑激活時張力的線性遞加;
  張力錐度計算公式的應(yīng)用;轉(zhuǎn)矩補償?shù)膭討B(tài)調(diào)整等等.
  * 卷徑的實時計算,精確度非常高,保證收卷電機輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性能好。并且 
  在計算卷徑時加入了卷徑的遞歸運算,在操作失誤的時候,能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值。
  * 因為收卷裝置的轉(zhuǎn)動慣量是很大的,卷徑由小變大時。如果操作人員進行加速、
  減速、停車、再激活時很容易造成爆紗和松紗的現(xiàn)象,將直接導致紗的質(zhì)量。
  而進行了變頻收卷的改造后,在上述各種情況下,收卷都很穩(wěn)定,張力始終恒
  定。而且經(jīng)過PLC的處理,在特定的動態(tài)過程,加入一些動態(tài)的調(diào)整措施,
  使得收卷的性能更好。
  * 在傳統(tǒng)機械傳動收卷的基礎(chǔ)上改造成變頻收卷,非常簡便而且造價低,基本
  上不需對原有機械進行改造。改造周期小,基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成。
  * 克服了機械收卷對機械磨損的弊端,延長機械的使用壽命。方便維護設(shè)備。 
  
    三. 變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程
  
  * 卷徑的計算原理:根據(jù)V1=V2來計算收卷的卷徑。因為V1=ω1*R1, 
  V2=ω2*Rx.因為在相同的時間內(nèi)由測長輥走過的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt ,Δn1*C1=Δn2*C2/i(Δn1---單位時間內(nèi)牽引電機運行的圈數(shù)、Δn2---單位時間內(nèi)收卷電機運行的圈數(shù)、C1---測長輥的周長、C2---收卷盤頭的周長、i---減速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i D2=Δn1*D1*i/Δn2,因為Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2---收卷編碼器的線數(shù)). Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即測長輥轉(zhuǎn)一圈,由霍爾開關(guān)產(chǎn)生一個信號接到PLC.那么D2=D1*i*P2/ΔP2,這樣收卷盤頭的卷徑就得到了.
  * 收卷的動態(tài)過程分析: 要能保證收卷過程的平穩(wěn)性,不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定.需要進行轉(zhuǎn)矩的補償.整個系統(tǒng)要激活起來,首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,簡稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩,靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間起作用;正常運行時要克服滑動摩擦力產(chǎn)生地滑動摩擦轉(zhuǎn)矩,滑動摩擦轉(zhuǎn)矩在運行當中一直都存在,并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進行不同大小的補償,系統(tǒng)在加速、減速、停車時為克服系統(tǒng)的慣量,也要進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補償,補償?shù)牧颗c運行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時候,補償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、激活轉(zhuǎn)矩;克服了這些因素,還要克服負載轉(zhuǎn)矩,通過計算出的實時卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小,經(jīng)過減速比折算到電機軸.這樣就分析出了收卷整個過程的轉(zhuǎn)矩補償?shù)倪^程??偨Y(jié):電機的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩(激活瞬間)+滑動摩擦轉(zhuǎn)矩+負載轉(zhuǎn)矩.<1>在加速時還要加上加速轉(zhuǎn)矩;<2>在減速時要減去減速轉(zhuǎn)矩.<3>停車時,因為是通過程控減速至設(shè)定的比較低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補償同減速轉(zhuǎn)矩的處理.
  * 轉(zhuǎn)矩的補償標準
  
  (1). 靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補償:因為靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間存在,在系統(tǒng)激活后就消
  失了.因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補償是以計算后電機輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進行補償.
  
  (2). 滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補償:滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補償在系統(tǒng)運行的整個過程中都是起作用的.補償?shù)拇笮∫允站黼姍C的額定轉(zhuǎn)矩為標準.補償量的大小與運行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時,要分段進行補償。
  
  (3). 加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補償:補償硬一收卷電機的額定轉(zhuǎn)矩為標準,相應(yīng)的補償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定,變化不大。
  * 計算當中的公式計算
  
  (1). 已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm;線速度的比較大值Vmax=90m/min,張力設(shè)定比較大值Fmax=50kg(約等于500牛頓);減速比i=9;速度的限制如下:
  因為:V=π*D*n/i(對于收卷電機)=>收卷電機在空芯卷徑時的轉(zhuǎn)速是比較快的.所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min;
  
  (2). 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:收卷電機有個比較低速度的限制.計算如下:
  對于四極電機而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min. =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min
   當達到比較大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運行的比較低速.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.
  
  (3). 張力及轉(zhuǎn)矩的計算如下:如果F*D/2=T/i,=>F=2*T*i/D對于22KW的交流電機,其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N.(其中P為額定功率,n為額定轉(zhuǎn)速).
  * 調(diào)試過程:
   
   1.先對電機進行自整定,將電機的定子電感、定子電阻等參數(shù)讀入變頻器。
   
  2.將編碼器的信號接至變頻器,并在變頻器上設(shè)定編碼器的線數(shù)。然后用面板給定頻率和啟??刂疲?
  觀察顯示的運行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動。因為運用死循環(huán)矢量控制時,運行頻率總是在參
  考編碼器反饋的速度,比較大限度的接近設(shè)定頻率,所以運行頻率是在設(shè)定頻率的附近震蕩的。
   
   3.在程序中設(shè)定空芯卷徑和比較大卷徑的數(shù)值。通過前面卷徑計算的公式算出電機尾部所加編碼器產(chǎn)生的比較大脈沖量(P2)和比較低脈沖量 ( P2 ).通過算出的比較大脈沖量對收卷電機的速度進行限定,因為變頻器用作張力控制時,如果不對比較高速進行限定,一旦出現(xiàn)斷紗等情況,收卷電機會飛車的。比較低脈沖量是為了避免收卷變頻器運行在2Hz以下,因為變頻器在2Hz以下運行時,電機的轉(zhuǎn)距特性很差,會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。
   
  4.通過前面分析的整個收卷的動態(tài)過程,在不同卷徑和不同運行速度的各個階段,進行一定的轉(zhuǎn)距補償.補償?shù)拇笮?,可以以電機額定轉(zhuǎn)距的百分比來設(shè)定。 (歡迎來電咨詢  鄭州變頻器 網(wǎng)址:www.cntjjp.com.cn  電話:0371- 56700815  手機:15515598858 )
  
    四.真正的張力控制.
  
  1.什么是張力控制:所謂的張力控制,通俗點講就是要能控制電機輸出多大的力,即輸出多少牛頓。反應(yīng)到電機軸即能控制電機的輸出轉(zhuǎn)距。
  
  2.真正的張力控制不同于靠前后兩個動力點的速度差形成張力的系統(tǒng),靠速度差來調(diào)節(jié)張力的實質(zhì)是對張力的PID控制,要加張力傳感器。而且在大小卷啟動、停止、加速、減速、停車時的調(diào)節(jié)不可能做到象真正的張力控制的效果,張力不是很穩(wěn)定。肯定會影響生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量。
  
    五.變頻收卷對變頻器性能的要求
  
   1. 變頻收卷的實質(zhì)是要完成張力控制,即能控制電機的運行電流,因為三相異步電機的輸出轉(zhuǎn)距
  T=CMφmIa,,與電流成正比.并且當負載有突變時能夠保證電機的機械特性曲線比較硬.所以必須用矢量變頻器,而且必須要加編碼器死循環(huán)控制.
  
   2. 市場上能進行張力控制變頻收卷的變頻器主要有: 安川,艾默生,倫次等.臺達V系列的變頻器是矢量型變頻器,能夠完成張力控制,但因為不屬于收放卷專用型變頻器,所以要配合外部其它接口設(shè)備才能完成收放卷的功能.艾默生TD3300就是一款收放卷專用的變頻器,也許臺達也會在不久的將來推出我們自己收放卷專用的變頻器,我們拭目以待.
  
    六.使用臺達產(chǎn)品做變頻收卷的方案
  
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