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南京銳航科技有限公司 程志農(nóng)
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(shè)備磨損。保證設(shè)備收卷的穩(wěn)定性，方便性。
一、系統(tǒng)概述
艾默生PLC和變頻器在漿紗機上的應(yīng)用，此電氣系統(tǒng)采用PLC集中管理，分散控制，系統(tǒng)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(tǒng)由艾默生EC202416BAR主模塊，16點的數(shù)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(yè)級液晶觸摸屏，可動態(tài)修改控制參數(shù)，方便顯示當前速度，當前匹長、匹數(shù)及系統(tǒng)的動態(tài)運行狀態(tài)。
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(nèi)置張力控制功能。采用獨立變頻模式，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，穩(wěn)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(wěn)定可靠。在加減速中的自動補償控制，使加減速中張力更穩(wěn)，更有上卷防斷紗程序，使上卷起機時便于操作。
本系統(tǒng)的優(yōu)點：
Ø 張力設(shè)定在人機上設(shè)定，人性化的操作;
Ø 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;
Ø 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;
Ø 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(dǎo)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。改造周期短，基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成;
Ø 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。
Ø 機臺上的所有操作部分全部采用36V以下的安全電，以保證操作中的使用安全。
二、系統(tǒng)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(yīng)到電機軸即能控制電機的輸出轉(zhuǎn)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(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)不可能做到像真正的張力控制的效果，張力不是很穩(wěn)定。肯定會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
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)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(huán)控制。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。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。
Ø 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---收卷編碼器的圈數(shù))。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即測長輥轉(zhuǎn)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
Ø 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。
總結(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。
Ø 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。
相關(guān)的計算公式 
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