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grass7670
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樓主  發表于: 2008-08-02 22:33
摘要: 本文從應用的角度闡述了當前技術條件下,矢量變頻技術在卷取傳動中運用和設計的方法和思路。有較強的實用性和理論指導性。
關鍵詞: 張力 變頻 矢量 轉矩 卷徑

引言:

在工業生產的很多行業,都要進行精確的張力控制,保持張力的恒定,以提高產品的質量。諸如造紙、印刷印染、包裝、電線電纜、光纖電纜、紡織、皮革、金屬箔加工、纖維、橡膠、冶金等行業都被廣泛應用。在變頻技術還沒有成熟以前,通常采用直流控制,以獲得良好的控制性能。隨著變頻技術的日趨成熟,出現了矢量控制變頻器、張力控制專用變頻器等一些高性能的變頻器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流電動機的結構、性價比、使用、維護等很多方面都優于直流電動機,矢量變頻控制正在這些行業被越來越廣泛的應用,有取代直流控制的趨勢。

張力控制的目的就是保持線材或帶材上的張力恒定,矢量控制變頻器可以通過兩種途徑達到目的:一、通過控制電機的轉速來實現;另一種是通過控制電機輸出轉矩來實現。

速度模式下的張力閉環控制

速度模式下的張力閉環控制是通過調節電機轉速達到張力恒定的。首先由帶(線)的線速度和卷筒的卷徑實時計算出同步匹配頻率指令,然后通過張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設定值構成PID閉環,調整變頻器的頻率指令。

同步匹配頻率指令的公式如下:

F=(V×p×i)/(π×D)

其中:F變頻器同步匹配頻率指令V材料線速度p電機極對數(變頻器根據電機參數自動獲得)i機械傳動比D卷筒的卷徑


變頻器的品牌不同、設計者的用法不同,獲得以上各變量的途徑也不同,特別是材料的線速度(V)和卷筒的卷徑(D),計算方法多種多樣,在此不一一列舉。

這種控制模式下要求變頻器的PID調節性能要好,同步匹配頻率指令要準確,這樣系統更容易穩定,否則系統就會震蕩、不穩定。這種模式多用在拉絲機的連拉和軋機的連軋傳動控制中。若采用轉矩控制模式,當材料的機械性能出現波動,就會出現拉絲困難,軋機軋不動等不正常情況。

轉矩模式下的張力控制

一、轉矩模式下的張力開環控制

在這種模式下,無需張力檢測反饋裝置,就可以獲得更為穩定的張力控制效果,結構簡潔,效果較好。但變頻器需工作在閉環矢量控制方式,必須安裝測速電機或編碼器,以便對電機的轉速做精確測量反饋。

轉矩的計算公式如下:

T=(F×D)/(2×i)

其中:T變頻器輸出轉矩指令F張力設定指令i機械傳動比D卷筒的卷徑

電機的轉矩被計算出來后,用來控制變頻器的電流環,這樣就可以控制電機的輸出轉矩。所以轉矩計算非常重要。這種控制多用在對張力精度要求不高的場合,在我鑫科公司就有廣泛的應用。如精帶公司的脫脂機、氣墊爐的收卷控制中都采用了這中控制模式。

二、轉矩模式下轉矩模式下的張力開環控制

張力閉環控制是在張力開環控制的基礎上增加了張力反饋閉環調節。通過張力檢測裝置反饋張力信號與張力設定值構成PID閉環調節,調整變頻器輸出轉矩指令,這樣可以獲得更高的張力控制精度。其張力計算與開環控制相同。不論采用張力開環模式還是閉環模式,在系統加、減速的過程中,需要提供額外的轉矩用于克服整個系統的轉動慣量。如果不加補償,將出現收卷過程加速時張力偏小,減速時張力偏大,放卷過程加速時張力偏大,減速時張力偏小的現象。

這種控制模式多用在造紙、紡織等卷取微張力控制的場合下。在我公司尚無需這種控制。

卷徑計算

在所有的模式中都需要用到卷筒的卷徑,大家知道,在生產過程中開卷機的卷徑是在不斷變小,卷取機的卷徑在不斷變大,也就是說轉矩必須隨著卷徑的變化而變化,才能獲得穩定的張力控制?梢娋硗驳木韽接嬎闶嵌嗝吹刂匾。卷徑的計算有兩中途徑:一種是通過外部將計算好的卷徑直接傳送給變頻器,一般是在PLC中運算獲得。另一種是變頻器自己運算獲得,矢量控制型變頻器都具有卷徑計算功能,在大多數的應用中都是通過變頻器自己運算獲得。這樣可以減少PLC程序的復雜性和調試難度、降低成本。

變頻器自己計算卷徑的方法有三種:

1、速度計算法:

通過系統當前線速度和變頻器輸出頻率計算卷徑。

其公式如下:

D=(i×V)/(π×n)D所求卷徑I機械傳動比n電機轉速V線速度

當系統運行速度較低時,材料線速度和變頻器輸出頻率都較低,較小的檢測誤差就會使卷徑計算產生較大的誤差,所以要設定一個最低線速度,當材料線速度低于此值時卷徑計算停止,卷徑當前值保持不變。此值應設為正常工作線速度以下。多數應用場合下的變頻器都使用這種方法進行卷徑計算。

2、度積分法:

根據材料厚度按卷筒旋轉圈數進行卷徑累加或遞減,對于線材還需設定每層的圈數。

這種方法計算要求輸入材料厚度,若厚度是固定不變的,可以在變頻器中設定。此方法在單一產品的生產場合被廣泛應用。

若厚度是需要經常變化的,需要通過人機界面HMI或智能儀表將厚度信號傳送到PLC,由PLC或儀表進行運算后再傳送給變頻器。這種計算方法可以獲得比較精確的卷徑。在一般的國產設備上應用較少,我公司的進口設備,氣墊爐的收、放卷控制上就采用這種計算方式。

3、模擬量輸入

當選用外部卷徑傳感器時,卷徑信號通過模擬輸入口輸入給變頻器。由于卷徑傳感器的性能、價格、使用環境等原因,在國內鮮有使用。

結束語:

矢量變頻技術在卷取應用中的方法多種多樣,在當前技術條件下,上述模式是最具有代表性的。無論是設計還是維修,了解你所使用設備的工作模式和控制特點是非常重要的。變頻技術還在高速發展,新的理論和控制技術將不斷涌現,控制模式還將繼續推陳出新。我們期待著更先進、更實用的技術不斷出現,以此來改變我們的生活。


非常疑問的是
請教各位
F=(V×p×i)/(π×D)
這個公式中 我V=120M/min
p=2
i=13
D=0.3M
的時候
我計算出來的頻率是 3312.102 HZ這個頻率遠遠超出了50HZ 這個公式和實際完全不符合啊
大家說怎么辦啊!是不是公式設計錯誤還是怎么了?

dv0429
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1樓  發表于: 2008-08-04 20:16

傳動比是1/13
你應該這樣算:120*2/3.14*0.3*13=19.6Hz
dv0429
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2樓  發表于: 2008-08-05 12:44
引用
引用第2樓grass7670于2008-08-05 10:14發表的  :
不是這樣的哦
我這個傳動比是這么定義
電機所帶齒輪直徑可以定量為1
卷筒的為的直徑可以定量為13啊
就是電機轉13圈
.......

那就是說要電機轉13轉,卷筒才轉一轉對吧?
所以卷筒轉速V=電機轉速n/13
因此在公式里的轉動比應該是1/13
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3樓  發表于: 2008-08-05 19:57
1.電機轉速n=60*頻率F/電機磁極對數P
                   n=60*F/p
2.卷筒線速V=電機轉速/電機傳動比i*3.14*卷筒直徑
          V=(n/i)*3.14D
                    V=60*F*3.14*D/(i*p)
3.把V=120MIN/M,P=2,i=13,D=0.3M代入上面公式
120=60*F*3.14*0.3/(13*2)
  120=56.55*F/26
F=120*26/56.55
    =55.17HZ
以上是我用自己以前做過的生產線的公式推出來的
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4樓  發表于: 2008-08-06 13:58
你的卷筒是直徑是一直在變的,每轉一轉,實時卷筒直徑=卷筒直徑+料厚,這是一個錐度計算方式,你電機的轉速會隨著卷徑的變大而變慢,其實公式里其他的值都是固定的,變的只是D和F,只要理解了這一點,你就可以把數學公式自己推出來,不一定要按書上說的一樣,書不一定是正確的.
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5樓  發表于: 2008-08-06 14:17
對于轉矩我是這樣理解的
1.隨著卷徑越來越大,負載和慣性也是越來越大
2.隨著卷徑越大越大,電機的轉速會越來越低,畢然電流也會越來越小,而對轉矩影響最大的恰恰就是電流,而到最后,在電機轉速最小的時候,電機的負載和慣性是最大的,這時就有可能會對產品造成影響,所以這個轉距補償在這時候就很有必要了,具體怎么個補償方法就見人見志了.一般變頻在這方面都有一些解決方案,你可以結合生產工藝和具體的變頻器來分析一下就應該比較清楚了
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6樓  發表于: 2008-08-06 21:56
很深的了解算不上,只是去年給一個外企做過兩條類似的生產線,不過去年底電腦被偷了,以前所有的程序都全部沒有了,大概的只記得思路,具體的程序就真的無能為力了.可能寫過的程序太多了吧,只要超過一個月的程序我都記不起來了.寫程序最重要是理解工藝,只要工藝你吃透了沒什么程序是寫不出來的

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