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                   摘要：艾默生張力變頻器和可編程控制器在漿紗機上做恒張力收卷控制，減少設備磨損。保證設備收卷的穩定性，方便性。

一、系統概述

    艾默生PLC和變頻器在漿紗機上的應用，此電氣系統采用PLC集中管理，分散控制，系統集中化，簡約化，易控性強，更好的降低故障率。 方案配置如下：

    PLC系統由艾默生EC202416BAR主模塊，16點的數字量輸入模塊和4路模擬量輸出模塊組成。

    操作界面采用工業級液晶觸摸屏，可動態修改控制參數，方便顯示當前速度，當前匹長、 匹數及系統的動態運行狀態。

    邊軸電機變頻器采用高性能通用型的EV2000系列，織軸收卷TD3300 22KW張力變頻器。此變頻器是張力專用變頻器，內置張力控制功能。采用獨立變頻模式，結構簡單，維護方便，穩定度高，保證收卷的張力及線速度，在小卷到大卷的變化過程中穩定可靠。在加減速中的自動補償控制，使加減速中張力更穩，更有上卷防斷紗程序，使上卷起機時便于操作。

本系統的優點：

    張力設定在人機上設定，人性化的操作;

    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用;轉矩補償的動態調整等等;

    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值;

    因為收卷裝置的轉動慣量是很大的，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象，將直接導致紗的質量。而進行了變頻收卷的改造后，在上述各種情況下，收卷都很穩定，張力始終恒定。而且經過PLC的處理，在特定的動態過程，加入一些動態的調整措施，使得收卷的性能更好;　

    在傳統機械傳動收卷的基礎上改造成變頻收卷，非常簡便而且造價低，基本上不需對原有機械進行改造。改造周期短，基本上兩三天就能安裝調試完成;

二、系統框圖

三、張力控制原理

    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。反應到電機軸即能控制電機的輸出轉矩。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，靠速度差來調節張力的實質是對張力的PID控制，要加張力傳感器。而且在大小卷啟動、停止、加速、減速、停車時的調節不可能做到像真正的張力控制的效果，張力不是很穩定。肯定會影響產品的質量。

    變頻收卷的實質是要完成張力控制，即能控制電機的運行電流，因為三相異步電機的輸出轉矩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閉環控制。用變頻器做恒張力控制的實質是死循環矢量控制，即加編碼器反饋。收卷的卷經是由小到大變化的，為了保證恒張力，所以要求電機的輸出轉距要由小到大變化。同時在不同的操作過程，要進行相應的轉距補償。即小卷啟動的瞬間，加速，減速，停車，大卷啟動時，要在不同卷經時進行不同的轉距補償，這樣就能使得收卷的整個過程很穩定，避免小卷時張力過大；大卷啟動時松紗的現象。

卷徑的計算原理

    根據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——-單位時間內牽引電機運行的圈數、Δn2——-單位時間內收卷電機運行的圈數、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——-收卷編碼器產生的脈沖數、P2——-收卷編碼器的圈數）。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即測長輥轉一圈，由編碼器接到PLC。那么D2=D1×i×P2/ΔP2，這樣收卷盤頭的卷徑就得到了。

收卷的動態過程分析 
                          
    要能保證收卷過程的平穩性，不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定。需要進行轉矩的補償。整個系統要激活起來，首先要克服靜摩擦力所產生的轉矩，簡稱靜摩擦轉矩，靜摩擦轉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生地滑動摩擦轉矩，滑動摩擦轉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，系統在加速、減速、停車時為克服系統的慣量，也要進行相應的轉矩補償，補償的量與運行的速度也有相應的比例關系。在不同車速的時候，補償的系數是不同的。即加速轉矩、減速轉矩、停車轉矩、激活轉矩;克服了這些因素，還要克服負載轉矩，通過計算出的實時卷徑除以2再乘以設定的張力大小，經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矩補償的過程。

總結:電機的輸出轉矩=靜摩擦轉矩（激活瞬間）+滑動摩擦轉矩+負載轉矩。 

轉矩的補償標準

1）靜摩擦轉矩的補償

    因為靜摩擦轉矩只在激活的瞬間存在，在系統激活后就消失了。因此靜摩擦轉矩的補償是以計算后電機輸出轉矩乘以一定的百分比進行補償。

2）滑動摩擦轉矩的補償

    滑動摩擦轉矩的補償在系統運行的整個過程中都是起作用的。補償的大小以收卷電機的額定轉矩為標準。補償量的大小與運行的速度有關系。所以在程序中處理時，要分段進行補償。

3）加減速、停車轉矩的補償

    補償硬一收卷電機的額定轉矩為標準，相應的補償系數應該比較穩定，變化不大。   　

相關的計算公式    

四、調試過程

    （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，并在變頻器上設定編碼器的圈數。然后用面板給定頻率和啟停控制，觀察顯示的運行頻率是否在設定頻率的左右波動。因為運用閉環矢量控制時，運行頻率總是接近設定頻率，所以運行頻率是在設定頻率的附近波動的。

    （3）在程序中設定空芯卷徑和最大卷徑的數值。通過前面卷徑計算的公式算出電機尾部所加編碼器產生的最大脈沖量（P2）和最低脈沖量（P2）。通過算出的最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，如果不對最高速進行限定，一旦出現斷紗等情況，收卷電機會飛車的。最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，電機的轉矩特性很差，會出現抖動的現象。

    （4）通過前面分析的整個收卷的動態過程，在不同卷徑和不同運行速度的各個階段，進行一定的轉矩補償。補償的大小，以電機額定轉距的百分比來設定。

五、參數簡表

附表1：TD3300功能參數簡表

結束語：技術更新越來越快，我們必須提高產品性能，使我們的產品能夠適應我們的工藝要求。