匯川變頻器在分切機(jī)上的應(yīng)用
科寶機(jī)電自動(dòng)化有限公司


摘  要    本文介紹匯川基于無(wú)速度傳感器的矢量變頻變頻器在分切機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用方案及調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，由于它具有良好的轉(zhuǎn)矩特性和免維護(hù)性能，已經(jīng)越來(lái)越多地被用于包裝和印刷企業(yè)
關(guān)鍵詞    分切機(jī)   變頻器   張力控制
1          前言近幾年我國(guó)的造紙業(yè)及印刷包裝行業(yè)取得了飛速的發(fā)展，面臨著前所未有巨大機(jī)遇，但相對(duì)于世界先進(jìn)的設(shè)備，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力非常強(qiáng)大，但我們的產(chǎn)品基本處于中低端市場(chǎng)。主要的原因是技術(shù)條件的限制。目前為至，大量的分切機(jī)上仍舊使用磁粉制動(dòng)器來(lái)進(jìn)行收放卷張力控制，限制了設(shè)備的運(yùn)行速度，也浪費(fèi)了能源，而且由于磁粉本身的使用壽命的原因，造成了故障率較高的情況。
匯川公司推出的MD330張力控制變頻器，可以進(jìn)行恒張力控制，并且可以控制張力錐度，保證收卷后各層形狀均勻，而且極大的提高了分切機(jī)的運(yùn)行速度。
2          分切機(jī)介紹分切機(jī)是一種將寬幅紙張或薄膜分切成多條窄幅材料的機(jī)械設(shè)備，常用于造紙機(jī)械及印刷包裝機(jī)械。分切機(jī)的簡(jiǎn)易示意圖如圖1所示。
圖1、分切機(jī)示意圖
分切機(jī)的傳統(tǒng)控制方案是利用一臺(tái)大電機(jī)來(lái)來(lái)驅(qū)動(dòng)收放卷的軸，在收放卷軸上加有磁粉離合器，通過(guò)調(diào)節(jié)磁粉離合器的電流來(lái)控制其所產(chǎn)生的阻力，來(lái)控制材料表面的張力。
磁粉離合器及制動(dòng)器是一種特殊的自動(dòng)化執(zhí)行元件，它是通過(guò)填充于工作間隙的磁粉傳遞扭矩，改變勵(lì)磁電流可以改變磁粉的磁性狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)節(jié)傳遞的扭矩。可用于從零開(kāi)始到同步速度的無(wú)級(jí)調(diào)速，適用于高速段微調(diào)及中小功率的調(diào)速系統(tǒng)。還用于用調(diào)節(jié)電流的方法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩以保證卷繞過(guò)程中張力保持恒定的開(kāi)卷或復(fù)卷張力控制系統(tǒng)。
其主要的特點(diǎn)是磁粉離合器作為一個(gè)阻力裝置，通過(guò)系統(tǒng)控制，來(lái)輸出一個(gè)直流電壓，控制磁粉離合器產(chǎn)生的阻力。主要的優(yōu)勢(shì)是其為被動(dòng)裝置，可以控制較小的張力。其主要的缺點(diǎn)是速度不能高，高速運(yùn)行時(shí)易造成磁粉高速磨擦，產(chǎn)生高溫，造成磁粉離合器發(fā)熱進(jìn)而縮短其壽命。

3          匯川變頻器在分切機(jī)上的控制框圖：方案說(shuō)明：使用匯川通用變頻器MD320驅(qū)動(dòng)壓輥，控制分切機(jī)的運(yùn)行速度，它可以工作在開(kāi)環(huán)矢量工作方式。主速度一般可以用電位器來(lái)調(diào)整。AO1端口作為運(yùn)行頻率的輸出，作為放卷變頻器、上、下收卷變頻器的線速度給定。放卷變頻器及收卷變頻器要使用匯川張力專用變頻器MD330。此三種變頻器均需要工作在閉環(huán)矢量方式，工作在張力開(kāi)環(huán)模式。
匯川MD330變頻器是一種可以實(shí)現(xiàn)恒張力控制的變頻器，可以通過(guò)變頻器內(nèi)部的計(jì)算，獲得材料的卷徑，通過(guò)控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)獲得恒張力控制。匯川變頻器可以通過(guò)設(shè)置系統(tǒng)慣量補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)償及材料慣量補(bǔ)償可以補(bǔ)償由于系統(tǒng)慣量、磨擦阻力及材料慣量引起的起動(dòng)或加速過(guò)程中速度不均勻的情況，獲得非常平穩(wěn)的張力控制效果。方案簡(jiǎn)易，調(diào)試簡(jiǎn)單。而且恒張力控制基本不受速度的影響，可以實(shí)現(xiàn)高速分切。
圖2、分切機(jī)控制示意
因?yàn)槭噶靠刂谱冾l器的轉(zhuǎn)矩控制精度為額定轉(zhuǎn)矩的5%以上，所以當(dāng)控制的張力過(guò)小時(shí)，在空卷時(shí)變頻器應(yīng)輸出小的轉(zhuǎn)矩，比較困難。
參數(shù)配置情況：主驅(qū)動(dòng)變頻器（MD320）：
F0-01：0（無(wú)速度傳感器矢量控制）
F0-02：1（端子命令）
F0-04：2（AI1輸入）
F5-11：（后級(jí)變頻器輸入和驅(qū)動(dòng)變頻器輸入頻率相除）其它參數(shù)均為出廠默認(rèn)值。
放卷變頻器（MD330）：FH-00（張力控制模式）：1（張力開(kāi)環(huán)方式）
FH-01（卷曲控制模式）：1（放卷模式）
FH-03（機(jī)械傳動(dòng)比）：按實(shí)際情況輸入，此值為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速/收卷軸轉(zhuǎn)速
FH-04（張力設(shè)定源）：2（AI2）
FH-06（最大張力）：根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置
FH-10（卷徑計(jì)算方法選擇）：0：通過(guò)線速度計(jì)算
FH-12（卷軸直徑）：實(shí)際值
FH-13（初始卷徑源）：0（FH-12~FH-15設(shè)定）
FH-27（線速度輸入源）：1（AI1）
FH-28（最大線速度）：實(shí)際值
FH-33（機(jī)械慣量補(bǔ)償系數(shù)）：實(shí)際值
收卷變頻器（MD330）：FH-00（張力控制模式）：1（張力開(kāi)環(huán)方式）
FH-01（卷曲控制模式）：0（收卷模式）
FH-03（機(jī)械傳動(dòng)比）：按實(shí)際情況輸入，此值為電機(jī)軸轉(zhuǎn)速/收卷軸轉(zhuǎn)速
FH-04（張力設(shè)定源）：2（AI2）
FH-06（最大張力）：根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置
FH-10（卷徑計(jì)算方法選擇）：0：通過(guò)線速度計(jì)算
FH-12（卷軸直徑）：實(shí)際值
FH-13（初始卷徑源）：0（FH-12~FH-15設(shè)定）
FH-27（線速度輸入源）：1（AI1）
FH-28（最大線速度）：實(shí)際值
FH-33（機(jī)械慣量補(bǔ)償系數(shù)）：實(shí)際值
調(diào)試情況說(shuō)明：利用匯川變頻器作分切機(jī)控制時(shí)，建議使用電機(jī)直接拖動(dòng)主軸的方式而無(wú)需安裝減速裝置。主要原因是變頻器控制張力時(shí)控制量最終為變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩為張力與卷徑的乘積，在空卷時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩為最小。如果減速比為N，折算到變頻器上轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)矩/N，若小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的5%，則控制的不夠準(zhǔn)確。
在調(diào)試時(shí)，首先將收放卷的三個(gè)變頻器的閉環(huán)矢量方式調(diào)試正常，否則沒(méi)法完成后續(xù)的轉(zhuǎn)矩控制。在此過(guò)程中，最常遇到的問(wèn)題是編碼器信號(hào)沒(méi)有輸入、旋轉(zhuǎn)編碼器A、B方向接反、編碼器脈沖數(shù)輸入不正確。這幾種問(wèn)題的表現(xiàn)形式主要是運(yùn)行速度和輸入速度偏差較大或者電機(jī)低速蠕動(dòng)而且運(yùn)行電流與實(shí)際空載電流相差較大。
放卷控制中變頻器實(shí)際上只是提供一個(gè)反向的拉緊力，所以其控制精度要求不高。調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單。關(guān)于零速時(shí)的反向拉緊，匯川變頻器可以提供兩種選擇，一個(gè)是允許反向拉緊功能，表現(xiàn)形式是在零速時(shí)若運(yùn)行命令沒(méi)有撤掉，則變頻器可控制電機(jī)一直將材料拉緊，避免剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)由于材料松馳而造成的速度沖擊，將材料拉斷。另外一種選擇為不允許反向收緊，在零速時(shí)若運(yùn)行命令沒(méi)有撤掉，則變頻器沒(méi)有力矩輸出。材料可能會(huì)松馳，但可避免斷料時(shí)的飛車(chē)情況。
收卷變頻器工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，在加減速過(guò)程中，需要提供額外的轉(zhuǎn)矩用于克服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。如果不加補(bǔ)償，則會(huì)出現(xiàn)收卷過(guò)程中張力偏小減速過(guò)程中張力偏大的現(xiàn)象。如果起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)張力變小，則增加系統(tǒng)慣量補(bǔ)償系數(shù)。磨擦補(bǔ)償主要是克服在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中由于系統(tǒng)存在的磨擦力對(duì)張力的影響，可通過(guò)調(diào)節(jié)磨擦補(bǔ)償系數(shù)來(lái)完成。正常運(yùn)行時(shí)材料張力若小于設(shè)定張力，則將摩擦補(bǔ)償系數(shù)增大。另外需要補(bǔ)償?shù)氖蔷磔S上材料所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過(guò)設(shè)定材料的密度及寬度，變頻器可計(jì)算出當(dāng)前材料的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。調(diào)試時(shí)合適設(shè)定張力錐度，可以控制材料的卷曲質(zhì)量，避免外緊內(nèi)松的情況發(fā)生。
很多情況下卷徑的獲得是統(tǒng)過(guò)線速計(jì)算法來(lái)獲得的，而卷徑又是計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩的直接的因素，所以正確設(shè)定最大線速度是非常關(guān)鍵的。調(diào)試時(shí)可以通過(guò)驗(yàn)證變頻器顯示的當(dāng)前卷徑和實(shí)際卷徑，來(lái)判斷所設(shè)最大線速度是否正確。若顯示的當(dāng)前卷徑大于實(shí)際卷徑，則表明所設(shè)的最大線速度偏大。
通過(guò)設(shè)定以上的幾個(gè)補(bǔ)償量，可以有效的改變系統(tǒng)慣量對(duì)加減的影響。設(shè)定合適的張力，可以達(dá)到比較好的收卷控制。

4          結(jié)束語(yǔ)
因?yàn)橛米冾l器來(lái)控制分切機(jī)的收放卷控制克服了磁粉固有的弱點(diǎn)，使得高速分切的控制成為了現(xiàn)實(shí)，而且大大提高了設(shè)備的可靠性，從成本上并沒(méi)有過(guò)多的增加，所以越來(lái)越多的客戶開(kāi)始采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)分切機(jī)控制。