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变频器在分切机上的控制应用

近几年我国的造纸业及印刷包装行业取得了飞速的发展,面临着前所未有的巨大机遇,但相对于世界先进的设备,也面临着巨大的挑战。生产设备的生产能力非常强大,但我们的产品基本处于中低端市场。主要的原因是技术条件的限制。目前为止,大量的分切机上仍旧使用磁粉制动器来进行收放卷张力控制,限制了设备的运行速度,也浪费了能源,而且由于磁粉本身使用寿命的原因,造成了故障率较高的情况。 张力控制变频器,可以进行恒张力控制,并且可以控制张力锥度,保证收卷后各层形状均匀,而且极大地提高了分切机的运行速度。 一、分切机介绍 分切机是一种将宽幅纸张或薄膜分切成多条窄幅材料的机械设备,常用于造纸机械及印刷包装机械。分切机的简易示意图如图1所示。 图1、分切机示意图 分切机的传统控制方案是利用一台大电机来驱动收放卷的轴,在收放卷轴上加有磁粉离合器,通过调节磁粉离合器的电流来控制其所产生的阻力,来控制材料表面的张力。 磁粉离合器及制动器是一种特殊的自动化执行元件,它是通过填充于工作间隙的磁粉传递扭矩,改变励磁电流从而改变磁粉的磁性状态,进而调节传递的扭矩。可用于从零开始到同步速度的无级调速,适用于高速段微调及中小功率的调速系统。还用于通过调节电流的方法调节转矩以保证卷绕过程中张力保持恒定的开卷或复卷张力控制系统。 其主要的特点是磁粉离合器作为一个阻力装置,通过系统控制,来输出一个直流电压,控制磁粉离合器产生的阻力。主要的优势是其被动装置可以控制较小的张力。其主要的缺点是速度不能太高,高速运行时易造成磁粉高速磨擦,产生高温,造成磁粉离合器发热进而缩短其寿命。 二、 变频器在分切机上的控制应用 使用通用变频器驱动压辊,控制分切机的运行速度,它可以工作在开环矢量工作方式。主速度一般可以用电位器来调整。AO1端口作为运行频率的输出,作为放卷变频器、上、下收卷变频器的线速度给定。放卷变频器及收卷变频器要使用张力专用变频器。此三种变频器均需要工作在闭环矢量方式,工作在张力开环模式。 变频器是一种可以实现恒张力控制的变频器,可以通过变频器内部的计算,获得材料的卷径,通过控制变频器的输出转矩来获得恒张力控制。变频器可以通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿来补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加速过程中速度不均匀的情况,获得非常平稳的张力控制效果。方案简易,调试简单。而且恒张力控制基本不受速度的影响,可以实现高速分切。 图2、分切机控制示意 因为矢量控制变频器的转矩控制精度为额定转矩的5%以上,所以当控制的张力过小时,在空卷时变频器应输出小的转矩,比较困难。 参数配置情况: 主驱动变频器: F0-01:0(无速度传感器矢量控制) F0-02:1(端子命令) F0-04:2(AI1输入) F5-11:(后级变频器输入和驱动变频器输入频率相除)其它参数均为出厂默认值。 放卷变频器: FH-00(张力控制模式):1(张力开环方式) FH-01(卷曲控制模式):1(放卷模式) FH-03(机械传动比):按实际情况输入,此值为电机轴转速/收卷轴转速 FH-04(张力设定源):2(AI2) FH-06(最大张力):根据实际情况设置 FH-10(卷径计算方法选择):0:通过线速度计算 FH-12(卷轴直径):实际值 FH-13(初始卷径源):0(FH-12~FH-15设定) FH-27(线速度输入源):1(AI1) FH-28(最大线速度):实际值 FH-33(机械惯量补偿系数):实际值 收卷变频器: FH-00(张力控制模式):1(张力开环方式) FH-01(卷曲控制模式):0(收卷模式) FH-03(机械传动比):按实际情况输入,此值为电机轴转速/收卷轴转速 FH-04(张力设定源):2(AI2) FH-06(最大张力):根据实际情况设置 FH-10(卷径计算方法选择):0:通过线速度计算 FH-12(卷轴直径):实际值 FH-13(初始卷径源):0(FH-12~FH-15设定) FH-27(线速度输入源):1(AI1) FH-28(最大线速度):实际值 FH-33(机械惯量补偿系数):实际值 调试情况说明: 利用变频器作分切机控制时,建议使用电机直接拖动主轴的方式而无需安装减速装置。主要原因是变频器控制张力时控制量最终为变频器的输出转矩,转矩为张力与卷径的乘积,在空卷时,输出转矩为最小。如果减速比为N,折算到变频器上转矩为转矩/N,若小于电机额定转矩的5%,则控制不够准确。 在调试时,首先将收放卷的三个变频器的闭环矢量方式调试正常,否则没法完成后续的转矩控制。在此过程中,最常遇到的问题是编码器信号没有输入、旋转编码器A、B方向接反、编码器脉冲数输入不正确。这几种问题的表现形式主要是运行速度和输入速度偏差较大或者电机低速蠕动而且运行电流与实际空载电流相差较大。 放卷控制中变频器实际上只是提供一个反向的拉紧力,所以其控制精度要求不高。调试相对简单。关于零速时的反向拉紧,变频器可以提供两种选择,一个是允许反向拉紧功能,表现形式是在零速时,若运行命令没有撤掉,则变频器可控制电机一直将材料拉紧,避免刚开始运行时由于材料松驰而造成的速度冲击,将材料拉断。另外一种选择为不允许反向收紧,在零速时若运行命令没有撤掉,则变频器没有力矩输出。材料可能会松驰,但可避免断料时的飞车情况。 收卷变频器工作在转矩控制模式,在加减速过程中,需要提供额外的转矩用于克服系统的转动惯量。如果不加补偿,则会出现收卷过程中张力偏小、减速过程中张力偏大的现象。如果起动时出现张力变小,则增加系统惯量补偿系数。磨擦补偿主要是克服在整个运行过程中由于系统存在的磨擦力对张力的影响,可通过调节磨擦补偿系数来完成。正常运行时材料张力若小于设定张力,则将摩擦补偿系数增大。另外需要补偿的是卷轴上材料所产生的转动惯量,通过设定材料的密度及宽度,变频器可计算出当前材料的转动惯量。调试时设定合适的张力锥度,可以控制材料的卷曲质量,避免外紧内松的情况发生。 很多情况下卷径的获得是通过线速计算法来获得的,而卷径又是计算输出转矩的直接因素,所以正确设定最大线速度是非常关键的。调试时可以通过验证变频器显示的当前卷径和实际卷径,来判断所设最大线速度是否正确。若显示的当前卷径大于实际卷径,则表明所设的最大线速度偏大。 通过设定以上的几个补偿量,可以有效地改变系统惯量对加减的影响。设定合适的张力,可以达到比较好的收卷控制。 因为用变频器来控制分切机的收放卷控制克服了磁粉固有的弱点,使得高速分切的控制成为了现实,而且大大提高了设备的可靠性,而成本上并没有过多的增加,所以越来越多的客户开始采用变频器来实现分切机控制。(


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