變頻器在直流傳動紙張卷繞機換代改造的實踐與研究【畢業(yè)設(shè)計+開題報告+文獻綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　變頻器在直流傳動紙張卷繞機換代改造的實踐與研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 &

2、lt;/p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><

3、p>　　早期的造紙機等多數(shù)對速度調(diào)節(jié)控制要求較高的工業(yè)設(shè)備、傳動系統(tǒng)都采用直流調(diào)節(jié)控制裝置，驅(qū)動直流電動機進行速度調(diào)節(jié)控制。直流調(diào)節(jié)裝置大都為模擬器件，調(diào)試難度大、穩(wěn)定性差、故障率高。 直流電動機電刷、換向器及測速機損耗大，均為硬接觸性磨損；隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，特別是矢量技術(shù)的出現(xiàn)，極大改善了交流傳動的性能與可靠性。</p><p>　　本設(shè)計中提出的調(diào)頻調(diào)速方案，以變頻器為核心的控制交流電機調(diào)速的系統(tǒng)，

4、可以利用變頻器內(nèi)置卷徑計算功能，反饋卷徑大小，并以此為依據(jù)，實時調(diào)整張力，然后改變自身輸出電壓來控制電機轉(zhuǎn)矩，從而使系統(tǒng)達(dá)到恒張力卷繞的目的。以此設(shè)計理念改造現(xiàn)有的紙張卷繞設(shè)備，使之滿足不斷發(fā)展的生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率的同時簡化了操作工序，也節(jié)約了維護成本，產(chǎn)品質(zhì)量也因為系統(tǒng)穩(wěn)定得以提升。本設(shè)計即是對采用變頻對直流傳動的改造進行研究和實踐。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變頻器 直流傳動 紙張卷繞</

5、p><p>　　Inverter in dc transmission paper winding machine of practice and study upgrading transformation</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Most of those commercial installa

6、tions and drive systems which have high requirements of speed control and adjustment, such as the paper machine in the early stage, adopt DC adjusting control device. But DC adjusting devices are always analog devices, w

7、hich are difficult to debug, unqualified in stability and high in failure rate. Besides, the electric brush, commutator and ZYS of the D. C. motor are subject to Hard contact wear. Yet, with the development of inverter t

8、echnology especially the em</p><p>　　In the project of VVVF proposed in this design, frequency converter is the AC motor speed adjustment system, which can compute coil diameter with the built-in basic calcu

9、lation, make a real-time adjustment of tension and then change its output voltage to control motor torque, in order for constant tension winding. The design concept, which intends to reform the current paper winding equi

10、pment, can meet the new requirement of production, improve production efficiency, simplify operation sequence </p><p>　　Keywords: inverter Dc transmission Paper winding目錄</p><p><b&

11、gt;　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論5</b></p><p>　　1.1課題的來源5</p><p>　　1.2課題的意義5</p><p>　　1.3變頻技術(shù)在卷繞機上應(yīng)用國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r5<

12、/p><p>　　1.3.1變頻器的發(fā)展及現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3.2變頻器的發(fā)展方向預(yù)測6</p><p>　　1.3.3卷繞機的發(fā)展及現(xiàn)狀7</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容7</p><p>　　1.4.1直流轉(zhuǎn)矩控制原理。7</p><p>　　1.4.2變頻

13、轉(zhuǎn)矩控制原理9</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計與總體設(shè)計11</p><p>　　2.1卷繞調(diào)速方案11</p><p>　　2.1.1張力控制原理11</p><p>　　2.1.2卷繞機的卷繞方式12</p><p>　　2.1.3卷繞的恒張力控制方案13</p><p>　

14、　2.1.4卷徑計算的方式14</p><p>　　2.2變頻方案的設(shè)計14</p><p>　　2.2.1變頻器的結(jié)構(gòu)組成14</p><p>　　2.2.3開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式18</p><p>　　2.2.4本設(shè)計中的變頻器接口圖19</p><p>　　2.2.5本設(shè)計中的DI端子的接線方式20<

15、;/p><p>　　2.2.6變頻器的外圍電路21</p><p>　　2.3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)23</p><p>　　3設(shè)計計算和校核25</p><p>　　3.1原理分析25</p><p>　　3.2卷筒材料放卷時的半徑計算和轉(zhuǎn)速的控制規(guī)律25</p><p>　　4變頻器各參數(shù)的設(shè)置

16、28</p><p>　　4.1控制模式選擇28</p><p>　　4.2張力設(shè)定部分29</p><p>　　4.3卷徑計算部分31</p><p>　　4.4張力補償部分33</p><p>　　4.5斷料自動檢測參數(shù)34</p><p>　　4.6自動換卷參數(shù)35</

17、p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試36</b></p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試過程：36</p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p>

18、<p><b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　變頻器技術(shù)的不斷發(fā)展,矢量控制變頻器和直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器的出現(xiàn),使得速度、轉(zhuǎn)矩及動態(tài)響應(yīng)等的控制性能得到了進一步的提高,再加上卷繞專用軟件構(gòu)成具有中心卷繞功能的專用變頻器或交流伺服,這項技術(shù)在紙張生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,提高了卷繞機的技術(shù)水平。</p><p><b>　　1.2課題的意義&

19、lt;/b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，交流變頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。使用變頻器對交流電動機進行調(diào)頻轉(zhuǎn)矩控制的張力系統(tǒng)，具有許多磁粉離合器組成的張力系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點，如節(jié)能，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)高效、連續(xù)調(diào)速控制，在不停機換軸時減少由于張力波動產(chǎn)生的廢料，等等。在采用了變頻器的交流拖動系統(tǒng)中，異步電動機的調(diào)速控制是通過改變變頻器的輸出電壓來實現(xiàn)的。因此

20、，在進行調(diào)速控制時，可以通過控制變頻器的輸出電壓使電動機工作在轉(zhuǎn)差率較小的范圍，電動機的調(diào)速范圍較寬，并可以達(dá)到提高運行效率的目的。一般來說，通用型變頻器的調(diào)速范圍可以達(dá)到1：10以上，而高性能的矢量控制方式的變頻器的調(diào)速范圍可以達(dá)到1：1000。此外，在采用矢量控制方式的變頻器對異步電動機進行調(diào)速控制時，還可直接控制電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，高性能的矢量控制變頻器與變頻器專用電動機的組合在控制性能方面可以達(dá)到甚至超過高精度直流伺服電動機

21、的控制性能。</p><p>　　1.3變頻技術(shù)在卷繞機上應(yīng)用國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.3.1變頻器的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　變頻技術(shù)誕生背景是交流電機無級調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需要。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變

22、壓變頻(PWM－VVVF)調(diào)速的研究得到突破，20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實現(xiàn)。20世紀(jì)80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的 VVVF變頻器技術(shù)實用化，商品投入市場，得到了廣泛應(yīng)用。 最早的變頻器可能是日本人買了英國專利研制的。不過美國和德國憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢，高端產(chǎn)品迅速搶占市場。步入21世紀(jì)后，國產(chǎn)變頻器逐步崛起，現(xiàn)已逐漸搶占高端市場。</p><p>

23、　　1.3.2變頻器的發(fā)展方向預(yù)測</p><p>　　變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運動控制系統(tǒng)包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢：驅(qū)動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。 隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性價比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在

24、不斷地提高可靠性實現(xiàn)變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響；二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)；三要看本身的能量損耗如何。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢： 主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化；開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進一步降低。</p><p>　　變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。

25、變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的轉(zhuǎn)動，為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的公害。 脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦

26、波脈寬調(diào)制控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。</p><p>　　交流電動機變頻調(diào)整控制方法的進展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展、開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。 微處理器的進步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向。運動控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近幾年來，國

27、外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機相比，處理數(shù)字運算能力增強10～15倍，可確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)傳輸，便于故

28、障診斷、加強保護和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化(如有些變頻器具有自調(diào)整功能)。</p><p>　　1.3.3卷繞機的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　卷繞機有半自動和全自動兩個系列,有高速和低速。高速全自動卷繞頭是集機械、電氣為一體的高科技產(chǎn)品。1988 年, 日本帝人制機公司在北京國際紡機展覽會上, 首次展出了6頭同時卷繞6根絲的全自動卷繞頭。從1989年我國引進全自動卷繞頭到2000 年底止

29、, 國內(nèi)化纖行業(yè)全自動卷繞頭市場基本上由德國的巴馬格公司, 日本的帝人制機、村田、東麗公司和瑞士的立達(dá)公司所壟斷。1997年, 中國紡織科學(xué)研究院啟動了全自動高速卷繞頭的研究工作, 經(jīng)過幾年的努力, 開發(fā)了不同規(guī)格的系列化產(chǎn)品, 并迅速投放市場, 打破了外國公司的壟斷地位。</p><p>　　卷繞頭自控系統(tǒng)的研究是整個設(shè)備開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。就電氣技術(shù)本身來說, 需要硬件與軟件的有機結(jié)合.。硬件如變頻器等, 根據(jù)各

30、公司的一般慣例, 均采用知名廠家的成熟產(chǎn)品) 軟件, 需要根據(jù)生產(chǎn)工藝的求, 獨立自主地研究和開發(fā)。</p><p>　　而作為造紙印刷行業(yè)的卷繞設(shè)備，紙張卷繞機多延用了傳統(tǒng)的直流傳動系統(tǒng)，采用自流電機來控制，這也是制約了生產(chǎn)效率的原因。近年來許多使用紙張卷繞機的廠家紛紛在原有的基礎(chǔ)上進行改造，取得了一定的效果，使設(shè)備從原來的半自動發(fā)展到了全自動的階段。本設(shè)計中所提出的利用變頻器來達(dá)到變頻調(diào)速功能就是其中的一種。

31、</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向， 變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了越來越廣泛地應(yīng)用，在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中產(chǎn)生可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的逆變電路控制技術(shù)是變頻調(diào)速的核心技術(shù)，如何高速有效的對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行控制是本次研究的重點。因此，采用什么樣的控制方式及如何對系統(tǒng)進行設(shè)計成為我們面臨的最大的技術(shù)問題和難點。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p>

32、<p>　　1.4.1直流轉(zhuǎn)矩控制原理。</p><p>　　直流電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩作為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩使電動機旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩控制原理即考慮電機在加減速及勻速等運行條件下的轉(zhuǎn)矩關(guān)系，從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩適應(yīng)設(shè)計要求的目的。</p><p>　　當(dāng)電動機帶著負(fù)載勻速旋轉(zhuǎn)時，其輸出轉(zhuǎn)矩必定與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等 ，但是電動機的輸出轉(zhuǎn)矩并不就是電磁轉(zhuǎn)矩。因為電機本身的機械摩擦（例如軸承的摩擦、電刷和換向

33、器的摩擦等）和電樞鐵心中的渦流、磁滯損耗都要引起阻轉(zhuǎn)矩，此阻轉(zhuǎn)矩用表示。這樣，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩便等于電磁轉(zhuǎn)矩減去電機本身的阻轉(zhuǎn)矩。所以，當(dāng)電機克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩勻速旋轉(zhuǎn)時，則有</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式（1）表明，當(dāng)電機穩(wěn)態(tài)運行時，其輸出轉(zhuǎn)矩的大小由負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩決定?；蛘哒f，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電機達(dá)到勻速旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定狀態(tài)，（1

34、）稱為電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡方程式。</p><p>　　把電機本身的阻轉(zhuǎn)矩和負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩合在一起叫做總阻轉(zhuǎn)矩，即</p><p>　　則轉(zhuǎn)矩平衡方程式可寫成</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　它表示在穩(wěn)態(tài)運行時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電動機軸上的總阻轉(zhuǎn)矩相互平衡。</p><

35、p>　　實際上，電動機經(jīng)常運行在轉(zhuǎn)速變化的情況下，例如啟動、停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)等，因此必須討論轉(zhuǎn)速改變時的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系。當(dāng)電機的轉(zhuǎn)速改變時，由于電機及負(fù)載具有轉(zhuǎn)動慣量。將產(chǎn)生慣性轉(zhuǎn)矩</p><p>　　其中，是負(fù)載和電動機轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量，是電動機的角速度，是電動機的角加速度。這時，電動機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為</p><p><b>　　或</b></p&g

36、t;<p><b>　?。?）</b></p><p>　　上式表明，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，，說明電動機在加速；當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，說明電動機在減速，可見（3）表示轉(zhuǎn)速變化時電動機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系。</p><p>　　1.4.2變頻轉(zhuǎn)矩控制原理</p><p>　　變頻轉(zhuǎn)矩控制原理是指通過控制變頻器的輸出電壓來達(dá)到讓

37、電機的輸出轉(zhuǎn)矩適應(yīng)設(shè)計要求的控制模式。</p><p>　　對異步電動機實行調(diào)速時，希望主磁通保持不變，因為磁通太弱，鐵芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下轉(zhuǎn)矩減小，電動機的負(fù)載能力下降；若磁通太強，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。</p><p>　　變壓變頻調(diào)速是改變異步電動機同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，在極對數(shù)一定時，同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化，即</p><p><b>　　（4

38、）</b></p><p>　　由式（4），異步電動機的實際轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　由式（4）和（5）得：</p><p>　　式中 ——電動機定子頻率，單位為Hz；</p><p>　　——定子相繞組有效匝數(shù)；</p>

39、<p>　　——每極磁通量，單位為Wb。</p><p>　　從公式可知，對和進行適當(dāng)控制即可維持磁通量不變。</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計與總體設(shè)計</p><p>　　2.1卷繞調(diào)速方案 </p><p>　　傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)中使用的大多是直流電機，直流電機與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點在于其可以實現(xiàn)平滑而經(jīng)濟的調(diào)速，直流

40、電機的調(diào)速不需要其它設(shè)備的配合，可通過改變輸入的電壓/電流來調(diào)速。但其不足之處也顯而易見，缺點主要有：（1）需要定期更換電刷和換向器，維護保養(yǎng)困難，壽命較短；（2）由于直流電動機存在換向火花，難以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境；（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電動機。特別是第一條，使得直流電機在紙張卷繞機中的應(yīng)用受到了很大制約，因此在本設(shè)計采用變頻調(diào)速的方案。</p><p>　　2.1.

41、1張力控制原理</p><p>　　2.1.2卷繞機的卷繞方式 </p><p>　　常見的卷繞方式有兩種,即摩擦卷繞和中心卷繞。</p><p>　　上圖3為摩擦卷繞方式，即用一個電機帶動主動卷軸通過摩擦收卷卷繞軸的表面，從而帶動卷繞軸轉(zhuǎn)動。因為電機卷軸上裝有彈簧，在收卷軸因收卷不斷增大的時候，會使驅(qū)動軸往外移動，從而達(dá)到控制摩擦力的作用，這樣做的好處是驅(qū)動軸的大

42、小始終保持不變，方便變頻控制。但是同樣也有它特有的缺陷，比如摩擦卷繞的效果受到摩擦輥的影響很大,如:卷繞機的紙筒軸卷繞,傳統(tǒng)的機構(gòu)采用摩擦輥卷繞方式,影響產(chǎn)品質(zhì)量,且不利于后道工序生產(chǎn),特別是在升速和降速過程,影響會更大,也限制了紙張卷繞機向高速發(fā)展,所以新型的高速紙張卷繞機多數(shù)采用中心卷繞方式。</p><p>　　圖4中采用的就是中心卷繞方式，該方式即將收卷的軸當(dāng)成卷繞驅(qū)動軸，用電機驅(qū)動卷軸來帶到帶動系統(tǒng)，再

43、利用變頻器來達(dá)到恒張力的目的即達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計的要求。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到中心卷繞機構(gòu),可以發(fā)揮交流電動機本身固有的優(yōu)點,結(jié)構(gòu)簡單,堅固耐用,經(jīng)濟可靠,經(jīng)過多年的實踐證明,變頻調(diào)速技術(shù)可以滿足中心卷繞的要求,國內(nèi)外的印刷機、造紙機等同類設(shè)備已大量采用變頻器中心卷繞技術(shù)。在張力控制要求更高的場合,采用交流伺服中心卷繞技術(shù)。</p><p>　　2.1.3卷繞的恒張力控制方案</p><p>　

44、　當(dāng)卷繞直徑從小直徑向大直徑變化時為了使紙張的表面張力保持不變,必須保證轉(zhuǎn)速的變化與卷徑成反比,轉(zhuǎn)矩的變化與卷徑成正比,若沒有轉(zhuǎn)矩補償,隨著卷徑的增大,則紙張的張力會逐漸減少,所以必須通過卷徑計算,進行轉(zhuǎn)矩補償,以保證卷繞過程中的張力恒定。</p><p>　?。ㄒ唬?、恒張力控制變頻收卷的工藝要求</p><p>　　1、在整個收卷的過程中保持恒定張力/N。在卷徑不斷增大的時候，張力不斷減

45、小，即錐度控制。</p><p>　　2、在小卷徑起動的時候，不能因張力過大而損壞了紙張；大卷徑起動的時候，不能出現(xiàn)松卷現(xiàn)象。</p><p>　　3、在加速、減速、停車時也不能有上述情況出現(xiàn)。</p><p>　　4、要求將張力量化，即能設(shè)定系統(tǒng)張力的大小，并能實時顯示卷徑的大小。</p><p>　?。ǘ?、恒張力的控制變頻收卷的優(yōu)點&l

46、t;/p><p>　　1、張力可在現(xiàn)場操作時機上設(shè)定，體現(xiàn)了人性化設(shè)計。</p><p>　　2、可以使用先進的控制算法，即卷徑的遞歸運算，空卷起動時的轉(zhuǎn)矩補償?shù)膭討B(tài)調(diào)整、張力線性遞加、張力錐度的計算公式應(yīng)用等等。</p><p>　　3、卷徑的實時計算，使系統(tǒng)精確度高，保證了收卷電機輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性，計算卷徑并加入了卷徑的遞歸運算，使設(shè)備在操作過程中出現(xiàn)失誤的時候能自

47、己糾正到正確的數(shù)值。</p><p>　　4、由于收卷裝置的轉(zhuǎn)動慣量很大，如果卷徑由小變大時進行加速、減速、停車、再起動等，極易造成松卷、歪斜甚至斷料，從而影響到產(chǎn)品的品持，進行了變頻收卷的方案后，在上述各種情況下收放卷都很穩(wěn)定，張力始終恒定，避免了上述情況的出現(xiàn)。</p><p>　　5、在傳統(tǒng)機械傳動收卷的基礎(chǔ)上設(shè)計成變頻收放卷，工序簡單，而且造價很低，基本上不需要對原有的整體機械結(jié)構(gòu)

48、進行改動，故改造周期短不用因為改造嚴(yán)重耽誤產(chǎn)量。</p><p>　　6、改用交流電機后，解決了直流電機換向器等耗材易磨損的問題，同時方便了維護。</p><p>　　2.1.4卷徑計算的方式</p><p>　　由誰來承擔(dān)卷徑計算,一般有2 種方式。第1 種方式:由PLC 計算卷徑。檢測出卷繞電機的轉(zhuǎn)速輸入PLC ,由PLC 進行卷徑計算后,輸出控制信號給變頻器,

49、達(dá)到控制卷繞軸或輥的運行第2 種方式:變頻器具有計算卷徑功能,變頻器生產(chǎn)廠商設(shè)計專用于卷繞的變頻器,卷徑計算變頻器內(nèi)部完成(目前較多采用高速DSP 芯片和自行開發(fā)的軟件來實現(xiàn)) ,變頻器根據(jù)內(nèi)部計算出的卷徑對卷繞張力進行調(diào)節(jié)。這種方式簡化了控制系統(tǒng), PLC 不需要使用模擬量模塊,降低了成本,因此這種方式成為發(fā)展方向。國外多家公司推出卷繞專用變頻器產(chǎn)品供選用,如西門子公司、ABB 公司、艾默生公司、三懇公司以及中國匯川公司等產(chǎn)品已有應(yīng)用

50、于紙張中心卷繞的設(shè)備上。</p><p>　　在紙張卷繞機的改進中，轉(zhuǎn)矩控制是本設(shè)計采用的關(guān)鍵手段。即變頻調(diào)速時在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中產(chǎn)生可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的逆變電路控制技術(shù)，那么如何高速有效的對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行控制是本次研究的重點。因此，采用什么樣的控制方式及如何對系統(tǒng)進行設(shè)計成為我們面臨的最大的技術(shù)問題和難點。設(shè)計中最終要達(dá)到恒張力卷繞的目的。</p><p>　　考慮到用變頻器內(nèi)置卷徑

51、計算可以達(dá)到簡化系統(tǒng)的目的，因此，采用有內(nèi)置卷徑計算功能的變頻器，綜合考慮各品牌的性價比后，選擇中國匯川公司生產(chǎn)的匯川變頻器，具體型號為MD330V1.0。</p><p>　　2.2變頻方案的設(shè)計</p><p>　　2.2.1變頻器的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。</p><p>

52、;<b>　　圖5 變頻器主電路</b></p><p>　　其中六個二極管排列組成的整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。中間R、V0、Cd組成的能耗部電路利用高容量電容存儲轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波?？刂破靼丛O(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動交流電動機。</p>

53、<p>　　、 圖6緩沖電路</p><p>　　逆變管在導(dǎo)通和判斷的瞬間，其電壓和電流的變化率是比較大的，可能全逆變管受到損害。因此，每個逆變管旁邊還就接入緩沖電路，其作用就是減緩電壓和電流的變化率。</p><p>　　逆變管V1～V6每次由導(dǎo)通到截止的判斷瞬間，集電極C和發(fā)射極E間的電壓將迅速地由0V上升為直流電壓UD。過高

54、的電壓增長率將導(dǎo)致逆變管的損壞。C01～C06的作用就是減小逆變管由導(dǎo)通到截止時過高的電壓增長率，防止逆變損壞。</p><p>　　逆變管V1～V6由導(dǎo)通到截止的瞬間，C01～C06所充的電壓（等于UD）將V1～V6放電。此放電電流的初值很大，并且疊加在負(fù)載電流上，導(dǎo)致逆變管的損壞。R01～R06的作用就是限制逆變管在導(dǎo)通瞬間C01～C06的放電電流。</p><p>　　R01～R06

55、的接入，又會影響到C01～C06在V1～V6關(guān)斷時減小電壓增長率的效果。VD01～VD06接入后，在V1～V6關(guān)斷過程中，使R01～R06不起作用；而在V1～V6接通過程中，又迫使C01～C06的放電電流流經(jīng)R01～R06。</p><p><b>　　圖7為控制電路</b></p><p>　　控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路

56、、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。</p><p>　　2.2.2變頻器的控制方式</p><p>　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。</p><p><b>　　（1） V/f控制</b></p><p

57、>　　V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。</p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)差頻率控制</p><p>　　轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接

58、控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。</p><p><b>　　（3） 矢量控制&

59、lt;/b></p><p>　　矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達(dá)到對電動機在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制，進而達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的 PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方

60、式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。</p><p>　　基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限

61、制。</p><p>　　無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。</p><p>　?。?） 直接轉(zhuǎn)矩控制</p

62、><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負(fù)荷平衡功能。</p><p><b>　?。?） 最優(yōu)控制</b&

63、gt;</p><p>　　最優(yōu)控制在實際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。</p><p>　?。?） 其他非智能控制方式</p><p>　　在實際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制

64、中得以實現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。</p><p>　　對張力的控制有兩個途徑，一是可控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩，二是控制電機轉(zhuǎn)速，對應(yīng)這兩個途徑，MD330設(shè)計了兩種張力控制模式。一種為開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式，一種是閉環(huán)控制模式。但是實際應(yīng)用中，閉環(huán)控制模式不但系統(tǒng)在設(shè)計實施中比開環(huán)的復(fù)雜，這種復(fù)雜不單加重了制造成本和時間，而且更容易造成系統(tǒng)出現(xiàn)誤差，反而達(dá)不到精確控制的目的，所以，

65、本設(shè)計中，選用開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式。 </p><p>　　2.2.3開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式</p><p>　　開環(huán)是指沒有張力反饋信號，變頻器僅靠控制輸出頻率或轉(zhuǎn)矩即可達(dá)到控制目的，與開環(huán)矢量或閉環(huán)矢量無關(guān)，轉(zhuǎn)矩控制模式是指變頻器控制的是電機的轉(zhuǎn)矩，而不是頻率，輸出頻率是跟隨材料的速度自動變化。</p><p>　　根據(jù)公式F=T/R（其中F為材料張力，T為收卷軸的扭矩，

66、R為收卷的半徑），可看出如果能根據(jù)卷徑的變化調(diào)整收卷軸的轉(zhuǎn)矩，就可以控制材料上的張力，這就是開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式控制張力的，其可行性還有一個原因是材料上張力只來源于收卷軸的轉(zhuǎn)矩，收卷輛的轉(zhuǎn)矩主要作用于材料上。</p><p>　　MD系列變頻器在閉環(huán)矢量（有速度傳感器矢量控制）下可以準(zhǔn)確地控制電機輸出轉(zhuǎn)矩，使用這種控制模式，必須加裝編碼器（變頻器要配PG卡）。</p><p>　　1、張力設(shè)定部份

67、：用以設(shè)定張力，實際使用中張力的設(shè)定值應(yīng)與所用材料、卷曲成型的要求等實際情況相對應(yīng)，需由使用者設(shè)定，張力錐度可以控制張力隨卷徑增加而遞減，用于改善收卷成型的效果。</p><p>　　2、卷徑計算部分：用于計算或獲得卷徑信息，如果用線速度計算卷徑需用到線速度輸入功能部分，如果用厚度累計計算卷徑需用到厚度累計計算卷徑相關(guān)參數(shù)功能部分。</p><p>　　3、轉(zhuǎn)矩補償部分：電機的輸出轉(zhuǎn)矩在加

68、減速時有一部分要用來克服收（放）卷輥的轉(zhuǎn)動慣量，變頻器中關(guān)于慣量補償部分可以通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置自動地根據(jù)加減速速率進行轉(zhuǎn)矩補償，使系統(tǒng)在加減速過程中仍獲得穩(wěn)定的張力。摩擦補償可以克服系統(tǒng)阻力對張力產(chǎn)生的影響。</p><p>　　2.2.4本設(shè)計中的變頻器接口圖</p><p>　　圖8變頻器的接線方式</p><p>　　其中R、S、T為三相380V的輸入電源線路

69、，U、V、W為變頻器到電機上的輸出線路，與電機相連的P為信號反饋用的PG卡，其上有四根與變頻器相連的線路，線上的虛線為接地線，接下面的電子地PE。</p><p>　　其中的AI1、AI2為模擬量輸入的兩個通道，與其相接的是電位器，因本設(shè)計中采用的是模擬量控制形式的張力源，所以在這里用一個電位器。輸入的電壓范圍均在0到10V之間。</p><p>　　下面的DI1為啟動按鈕（run）,DI

70、2為復(fù)位按鈕(rest),DI3為計圈脈沖，接入的是一個光電開關(guān)，具體位置放在收卷輥的邊上，收卷輥軸每轉(zhuǎn)一圈，光電開關(guān)會產(chǎn)生一個脈沖，從而達(dá)到計圈的作用，然后將檢測到的脈沖輸入到變頻器內(nèi)，作為轉(zhuǎn)矩輸出量的考慮因素加入計算。DI3是預(yù)驅(qū)動模式，此功能是MD330變頻器針對收卷控制的自動換盤設(shè)計的功能，它可以根據(jù)線速度和卷徑的關(guān)系，自動計算出所匹配的角速度。</p><p>　　2.2.5本設(shè)計中的DI端子的接線方式

71、</p><p>　　圖9為共陰極接線方式</p><p>　　在本設(shè)計中，DI端子的接線方式采用的是共陰極的接線方式</p><p>　　2.2.6變頻器的外圍電路</p><p>　　圖10變頻器的外圍電路</p><p>　　在圖3中，接入的電源為三相交流電源，無熔絲斷路器（MCCB），也可以是漏電斷路器，因為在

72、電源投入系統(tǒng)使用時，會有很大的沖擊電流流入變頻器，所以還用到短路器。電磁接觸器的使用是為了確保安全，但是不可以用電磁接觸器來啟動和停止變頻器，如果在一定要用該接觸器來啟停變頻器的時候，中間的間隔時間因在一個小時以上，頻繁的電容易降低變頻器內(nèi)電容器的使用壽命，這樣會使變頻器的使用壽命下降。交流電抗器是為了抑制高次諧波，從而達(dá)到改善功率因素的目的。尤其是在容量在500KV.A以上且距離較少的時候，交流電抗器的作用尤為明顯。因為變頻器的輸入和

73、輸出主回路中包含有諧波成分，可能干擾變頻器附近的通訊設(shè)備，因此，在輸入與輸出回路上都裝有噪聲濾波器。至于變頻器本身的接線在圖4中著重介紹。其中直流電抗器屬于標(biāo)配器件。</p><p>　　制動單元也可以是能量回饋單元，這部分可充分發(fā)揮變頻器的再生能力，可以將停機時電機產(chǎn)生的能量反饋回電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的目的。在節(jié)能指標(biāo)一再上升的我國，很可能會列為一項指標(biāo)，所以對一套設(shè)備的改造后的先進性以及保證其一段時間內(nèi)不被淘汰，具

74、有很現(xiàn)實的意義。不過在此設(shè)計中，選用能量回饋單元的話可能會加重設(shè)計成本。因此，也可以選用制動電阻來節(jié)省設(shè)計成本，這樣，制動時，電機的再生能量幾乎全部消耗在制動電阻上，制動電阻選擇時的阻值就成了至關(guān)重要的指標(biāo)，可根據(jù)公式：</p><p>　　其中U為系統(tǒng)穩(wěn)定制動時的制動電壓，Pb為制動功率。</p><p>　　在變頻器的輸出端，與電機之間可以裝接觸器等開關(guān)器件，在操作應(yīng)確保變頻器在無輸出

75、時進行通斷操作，否則容易造成變頻器內(nèi)模塊的損壞。</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　整體方案結(jié)構(gòu)如圖11所示，放卷部分采用磁粉離合器達(dá)到控制張力，使系統(tǒng)放卷時不出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，牽引輥處裝有一電機，帶動牽引輥，這是整個系統(tǒng)紙張的牽引源，此電機由一臺普通變頻器控制，本設(shè)計中采用的是MD320型號的變頻器，設(shè)備操作時，只需在此變頻器上

76、設(shè)定所需的速度，即可使系統(tǒng)以設(shè)定的速度牽引紙張，在電機的軸上裝有一編碼器，檢測反饋電機的轉(zhuǎn)速。以及時調(diào)整變頻器輸出。在放卷側(cè)的電機，是由一臺具備卷繞功能的MD330變頻器，此變頻器上設(shè)置所需的張力后，系統(tǒng)會根據(jù)牽引輥的牽引速度、張力大小和卷徑大小，自動調(diào)整輸出電壓，達(dá)到控制電機轉(zhuǎn)矩的目的，使整套設(shè)備處在恒張力卷繞的狀態(tài)。其中的接近開關(guān)是用來檢測紙筒的厚度的，收卷軸每轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)會產(chǎn)生一個脈沖，傳輸?shù)阶冾l器內(nèi)部，以供厚度累積計算，最終

77、影響卷徑計算。</p><p><b>　　3設(shè)計計算和校核</b></p><p>　　在卷筒材料的放卷過程中，常常需要對材料的放卷張力進行嚴(yán)格控制，因此需要提出一個切實可行的張力控制方案</p><p><b>　　3.1原理分析</b></p><p>　　紙張在張力下運行時，在施加外力的兩個

78、端點處，其線速度是不同的，根據(jù)虎克定律，材料在受到拉力時，其應(yīng)變力與材料的應(yīng)變以及橫截面積成正比，即：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　其中，是材料張力，是材料的彈性模量，是材料的橫截面積，是材料的原始長度，是材料的形變量。</p><p>　　紙張運行的前端點是原紙卷，后端點是后底輥，在時間T內(nèi)后底輥收取的紙張

79、長度為，原紙卷放出的紙張長度為，則是紙張的原長度，而紙張在運行期間的應(yīng)變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中體現(xiàn)了應(yīng)變與線速度的關(guān)系，顯然，若在運行期間能夠保證式中的關(guān)系，根據(jù)等式（1）可知張力就是恒定的，即應(yīng)變的恒定等價張力的恒定。</p><p>　　3.2卷筒材料放卷時的半徑計算和轉(zhuǎn)速的控制規(guī)律<

80、;/p><p>　　假設(shè)材料當(dāng)前半徑為，最大半徑為，材料厚度為，轉(zhuǎn)速為（轉(zhuǎn)/分鐘），減速比為，則有：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　上位機的計算程序應(yīng)當(dāng)依據(jù)差分方程的形式：</p><p><b>　　（7）</b></p><p>　　當(dāng)中為當(dāng)

81、前計算所得的卷材半徑，為當(dāng)前轉(zhuǎn)速采樣值，為采樣周期。與線速度以及轉(zhuǎn)速的關(guān)系是：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　同理有的計算公式：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中為后底輥半徑，是個常數(shù)。由（8

82、）和（9）式可得到放卷電機轉(zhuǎn)速控制量：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　注意式中的參數(shù)K，參照等式（4）和（5）有如下形式：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　當(dāng)上式中的F取張力給定值時，則參數(shù)K就是根據(jù)張力要求，需要紙張達(dá)到一定的應(yīng)

83、變，當(dāng)張力恒定時，K值也固定，由于系統(tǒng)中沒有張力傳感器，所以事實上，我們無從知道實際張力有多大，因此在控制規(guī)律（10）中,K值是作為一個需要在現(xiàn)場整定的參數(shù)給出的。</p><p>　　假設(shè)卷繞筒空芯時的卷徑為，最大卷徑為，線速度的最大值為，張力設(shè)定的最大值為，減速比，則速度限制如下，因為收卷電機在空芯時的轉(zhuǎn)速最快為</p><p><b>　?。?2）</b><

84、;/p><p><b>　　即空芯時的轉(zhuǎn)速為：</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　變頻器工作在低頻時，交流異步電動機的輸出特性不好，起動轉(zhuǎn)矩低且為非線性的，因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機在2HZ以下工作，故收卷電機有最低的速度限制，其最低轉(zhuǎn)速為：</p><

85、p><b>　?。?4）</b></p><p>　　則當(dāng)=2HZ時，則=60*2/p,即最低同步轉(zhuǎn)速還取決于電機的極數(shù)。由上式可得在整個收卷過程中運行的最低線速度為：</p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　張力控制時要對速度進行控制，否則會出現(xiàn)飛車事故。</p><p

86、>　　張力及轉(zhuǎn)矩的計算如下：如果,則對于電機而言，其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下：</p><p><b>　　(16)</b></p><p>　　所以，其中P為額定功率，n為額定轉(zhuǎn)速。</p><p>　　張力錐度的計算公式：</p><p>　　。 （17）</p><

87、p>　　F為實際輸出的張力，為操作工人在機上設(shè)定的張力，K為張力的錐度系數(shù)，為空芯卷徑，為實時卷徑。</p><p>　　4變頻器各參數(shù)的設(shè)置</p><p><b>　　4.1控制模式選擇</b></p><p>　　用此參數(shù)進行張力控制模式選擇：</p><p>　　0、不選擇張力控制模式。張力控制無效，變頻器

88、與本品牌通用變頻器相同。</p><p>　　1、開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式：無需張力檢測和反饋，變頻器通過控制輸出轉(zhuǎn)矩，控制材料上的張力。變頻器控制輸出轉(zhuǎn)矩，需要在有速度傳感器矢量控制下才能獲得比較好的控制效果。</p><p>　　2、閉環(huán)速度模式：需要張力檢測和反饋信號的輸入，變頻器通過PID閉環(huán)控制輸出頻率，使張力達(dá)到設(shè)定的張力。變頻器控制輸出頻率，其控制方式可以是無速度傳感器矢量控制或V/

89、F控制或閉環(huán)矢量控制其中任何一種。</p><p>　　3、閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式：需要張力檢測和反饋，變頻器通過PID閉環(huán)控制輸出轉(zhuǎn)矩，使張力達(dá)到設(shè)定的張力。變頻器控制輸出轉(zhuǎn)矩，其控制方式應(yīng)以是閉環(huán)矢量控制方式（有速度傳感器矢量控制）。</p><p>　　4、恒線速度控制方式：一種特殊的應(yīng)用方式，目的是不需要PID調(diào)整即可進行恒線速度控制，比一般的閉環(huán)控制運行更為平穩(wěn)，對一些需要運行平穩(wěn)且不

90、需快速調(diào)節(jié)線速度的場合比較適用。</p><p>　　控制方法是通過設(shè)定的線速度和當(dāng)前卷徑控制變頻器輸出頻率，卷徑的計算與其他的張力控制方式相同。</p><p>　　因在本設(shè)計中采用的是開環(huán)控制模式，因此在此項選擇中選1</p><p>　　選擇卷曲模式，可與收放卷切換端子配合使用，當(dāng)收放卷切換端子無效時，實際的卷曲模式與此功能碼設(shè)置相同，當(dāng)收放卷切換端子有效時，

91、實際的卷曲模式與此功能碼設(shè)置相反。</p><p>　　張力方向與收放卷的關(guān)系：張力方向固定為收卷張力的方向，與非張力控制時的運轉(zhuǎn)方向一致，收放卷切換時只需更改FH-01或用收放卷切換端子切換，而不需同時改變正反轉(zhuǎn)運行指令。</p><p>　　但是需要注意的是放卷控制時力的方向與系統(tǒng)運行的方向是相反的，同樣的，空載時的運行方向也與正常放卷的方向相反。</p><p&g

92、t;　　具體值設(shè)定根據(jù)現(xiàn)場工作情況設(shè)定。</p><p>　　選擇放卷控制時是否允許電機反方向旋轉(zhuǎn)主動將材料收緊，如果選擇不允許，則放卷控制只有在材料向前運行時，變頻器才輸出轉(zhuǎn)矩。在本設(shè)計中因為要求達(dá)到恒張力控制的目的，要求在不同情況下保持張力恒定不變，因此此項上設(shè)定為1。</p><p>　　放卷時還可以通過設(shè)定上限頻率來限制反向收緊時的頻率。</p><p>　

93、　機械傳動比=電機轉(zhuǎn)速/卷軸轉(zhuǎn)速，在張力控制時必須正確設(shè)定機械傳動比。</p><p>　　在此系統(tǒng)中，先是由電機產(chǎn)生一個值的力，通過傳動設(shè)備的放大或縮小作用，再傳到卷繞設(shè)備中，例如電機產(chǎn)生了一個10N/M的力，傳動設(shè)備為一個10：1的設(shè)定，那傳到卷繞設(shè)備中的時候就是100N/M的一個力矩，因此，設(shè)定機械傳動比在此系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，系統(tǒng)中選擇的傳動比為32：1。</p><p>&

94、lt;b>　　4.2張力設(shè)定部分</b></p><p>　　此參數(shù)決定張力的控制源：</p><p>　　0：張力為數(shù)字設(shè)定，具體數(shù)值在FH-05中設(shè)置。</p><p>　　1：AI1， 2：AI2， 3：AI3 張力通過模擬量來設(shè)定如通常用電位器來設(shè)定張力。選擇模擬量設(shè)定張力時，一定要設(shè)定最大張力。通常模擬量設(shè)定的最大值對應(yīng)最大張力

95、。</p><p>　　4：張力設(shè)定通過脈沖輸入來設(shè)定。脈沖輸入端子必須為DI5端子。選擇脈沖設(shè)定張力時，一定要設(shè)定最大張力。通常最大脈沖設(shè)定的最大值對應(yīng)最大張力。</p><p>　　5：通訊設(shè)定。當(dāng)用上位機進行控制時，可用通訊方式來設(shè)定張力。</p><p>　　用通訊設(shè)定張力有兩個途徑，一是更改FH-05的參數(shù)值，這樣FH-04應(yīng)設(shè)為0；二是通過通訊地址100

96、0H進行設(shè)定，F(xiàn)H-04應(yīng)設(shè)為5，1000H設(shè)定的內(nèi)容為0～10000代表最大張力的0％～100％</p><p>　　在本次設(shè)計中，考慮到操作的方便和改造成本等方面的因素，因此本設(shè)計采用的張力源為模擬量控制，先擇模擬量控制方式可以通過電位器上不同的位軒來控制張力，既方便又降低了成本。因此在FH-04的設(shè)置中設(shè)成1。</p><p>　　當(dāng)FH-04選擇為0時，變頻器所控制的張力由此參數(shù)決

97、定，便本設(shè)計中采用的是張力源為模擬量控制，所以此項可以不設(shè)。</p><p>　　在選擇模擬量控制為張力源的時候，此項參數(shù)確定模擬量的最大值，但是又因為在系統(tǒng)中，是由百分比來控制的，所以此項的值對系統(tǒng)運行本身的影響不大，因此可設(shè)為10000N.</p><p>　　設(shè)定系統(tǒng)在零速時的張力。主要用于在起動時克服靜摩擦力或在系統(tǒng)零速時保持一定的張力。當(dāng)控制小張力，啟動困難時可適當(dāng)增加此參數(shù)的設(shè)

98、定值。</p><p>　　當(dāng)變頻器運行速度在此參數(shù)所設(shè)定的速度以下時，認(rèn)為變頻器處于零速工作狀態(tài)。</p><p>　　在收卷系統(tǒng)中,隨著卷徑的增大,使卷料張力逐步減小的控制稱為錐度張力控制,錐度控制可使收卷膜的內(nèi)層收得較緊,而外層的膜收得較松,從而使卷料膜的層與層之間不打滑,防止材料卷繞時卷得過緊及卷料卷繞歪斜。因此，張力錐度在此設(shè)計中有著很重要的作用，張力系數(shù)越大，隨著卷徑變化，張力

99、變化越大，當(dāng)錐度系數(shù)為0時，系統(tǒng)為恒張力控制方式。</p><p>　　此參數(shù)只用于收卷控制。在收卷過程中，有時需要張力隨著卷徑的增在而相應(yīng)降低，以保證材料卷曲成型較好。張力錐度的公式為：</p><p>　　F=F0*{1-K*[1-（D0＋D1）/(D+D1）] }</p><p>　　其中F為實際張力，F(xiàn)0為設(shè)定張力，D0為卷軸直徑，D為實際卷徑，D1為FH-

100、59設(shè)定的張力錐度補償修正量，K為張力錐度。</p><p>　　張力錐度補償修正量可以延緩張力下降曲率。</p><p><b>　　4.3卷徑計算部分</b></p><p>　　卷徑是卷曲控制中必要的參數(shù)，因在本設(shè)計中使用的是開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，因此需要通過卷徑來控制輸出轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　0：通過線速度計算：線

101、速度來源見下面的線速度輸入部分的說明，變頻器根據(jù)線速度和變頻器的輸出頻率可將卷徑算出，此種方法優(yōu)點是與材料厚度無關(guān)且可以獲得系統(tǒng)的加速度。</p><p>　　1：通過厚度累計計算：需要設(shè)定材料的厚度，變頻器根據(jù)計圈信號累計計算卷徑，收卷時為遞加，放卷時為遞減。相關(guān)功能見下面的厚度累計計算卷徑相關(guān)參數(shù)部分。</p><p><b>　　2：AI1輸入</b></

102、p><p><b>　　3：AI2輸入</b></p><p><b>　　4：AI3輸入 </b></p><p><b>　　5：PUSLE輸入</b></p><p>　　當(dāng)用卷徑檢測傳感器檢測卷徑時，該參數(shù)選擇該卷徑傳感器的輸入通道。。</p><p&

103、gt;　　當(dāng)卷徑源FH-10選擇為2、3、4、5時，必須設(shè)定參數(shù)。其最大輸入量與最大卷徑相對應(yīng)。同時變頻器自身計算卷徑時，計算的卷徑受此參數(shù)限制。在本設(shè)計的系統(tǒng)中，卷繞的紙張最大卷徑為1200mm,因此這里最大卷徑設(shè)置為1200</p><p>　　設(shè)定卷軸的直徑，若因為參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，變頻器自身計算卷徑低于此值時，受該參數(shù)的限制。在設(shè)計中卷繞輥本身的卷徑或著說空芯卷徑為500mm,因此這里的參數(shù)設(shè)置為500mm。

104、</p><p>　　選擇初始卷徑的輸入通道。</p><p>　　0：由FH-14~FH-16可數(shù)字設(shè)定三個初始卷徑。</p><p>　　1：AI1 2：AI2 3：AI3 初始卷徑通過模擬量來確定，選擇模擬量輸入的不同的端口。</p><p>　　放卷時可選擇一個端子設(shè)為初始卷徑選擇端子1，與COM常接，將初始卷徑設(shè)到FH-1

105、4里，如此卷徑復(fù)位時就可以復(fù)位成放卷的初始卷徑</p><p>　　說明：卷徑的起始值可以通過兩個多功能端子來確定。如選擇用DI3、DI4兩個端口來決定起始卷徑的值。將DI3端口參數(shù)F4-02設(shè)為32（初始卷徑選擇端子1），將DI4端參數(shù)設(shè)為33（初始卷徑選擇端子2），初始卷徑選擇關(guān)系如下：</p><p>　　當(dāng)需要初始卷徑不從空心卷徑開始算起時，可用此功能。系數(shù)默認(rèn)為初始卷徑為FH-1

106、2即空心卷徑。</p><p>　　設(shè)定三個不同的初始卷徑，并通過多功能端子的狀態(tài)進行確定，初始卷徑的設(shè)置按照實際生產(chǎn)中的可能性，取空芯時卷徑，1/3滿卷時，2/3卷時的卷徑，因此，F(xiàn)H-14取500mm,FH-15取750mm，F(xiàn)H-16取1000mm，這里的取值沒有統(tǒng)一的要求，可以根據(jù)實際要求來設(shè)</p><p>　　加長卷徑濾波時間，可防止卷徑計算（或輸入）的結(jié)果產(chǎn)生較快的變化。&l

107、t;/p><p>　　調(diào)試后確定為4.0s。</p><p>　　實時顯示當(dāng)前的卷徑值。通過此參數(shù)可以了解當(dāng)前實際的卷徑。也可以通過修改此參數(shù)來設(shè)置啟動時的卷徑。此項可以在運行過程中讀取實時卷徑，跟理論值進行比較，看是否運行正常。</p><p><b>　　4.4張力補償部分</b></p><p>　　張力補償只與開環(huán)轉(zhuǎn)

108、矩模式有關(guān)，當(dāng)張力控制選擇開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，在系統(tǒng)加減速過程中，需要提供額外的轉(zhuǎn)矩用于克服整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。否則容易出現(xiàn)收卷加速時張力偏小、減速時張力偏大，而在放卷加速時張力偏大、減速時張力偏小的情況。</p><p>　　用來設(shè)定慣量補償自學(xué)習(xí)時所用的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　設(shè)定慣量補償操作的方法：</p><p><b>　　0：無操作</b&

109、gt;</p><p>　　1：開始辨識。按RUN鍵開始進行慣量辨識。</p><p>　　用以補償系統(tǒng)本身的轉(zhuǎn)動慣量，包括電機、傳動系統(tǒng)、卷軸等的慣量，這部分慣量是固定的，與卷徑無關(guān)。通過補償系數(shù)自學(xué)習(xí)運行可以自動獲得此參數(shù)（目前版本該功能保留），也可手工設(shè)置?？站砘蛐【頃r，若加速過程材料張力變小，則加大該系數(shù)，反之則減小該系數(shù)。</p><p>　　這兩個參數(shù)與

110、材料慣量補償有關(guān)，變頻器根據(jù)該參數(shù)和卷徑自動計算材料慣量補償值。</p><p>　　因為摩擦阻力，使材料的張力變小，由其在小卷時影響更明顯，同時使張力不線性，通過設(shè)定該參數(shù)，可以加以改善</p><p>　　4.5斷料自動檢測參數(shù)</p><p>　　這組參數(shù)用以變頻器自動檢測斷料。斷料的自動檢測是個比較困難的事情，只有在用線速度計算卷徑時，變頻器才有斷料檢測的依

111、據(jù)。變頻器根據(jù)計算的卷徑異常變化檢測斷料，通過調(diào)整FH-38、FH-39、FH-40，可以在防止誤報和檢測靈敏度間進行調(diào)整，獲得實用的效果。當(dāng)檢測到斷料后變頻器報ERR24故障。</p><p>　　斷料自動檢測是輔助性功能，不是所有的情況都能有效地檢測斷料，當(dāng)經(jīng)過努力無法獲得好效果時，F(xiàn)H-37設(shè)為0，但在本設(shè)計中，此項設(shè)成1，具體原因在調(diào)試中詳解。</p><p>　　FH-38：當(dāng)線