1 引言     表面處理生產(chǎn)線是對(duì)布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學(xué)材料的過程，是個(gè)張力控制過程。本方案采用速度模式下的張力閉環(huán)控制，為矢量變頻器普通速度模式下作pid閉環(huán)控制，頻率指令由pid輸出調(diào)節(jié)量和同步匹配指令疊加構(gòu)成，在此方案中，避免了因轉(zhuǎn)矩變化范圍過大而無法控制的局面，同時(shí)，由于頻率指令由同步匹配指令和pid調(diào)節(jié)輸出疊加，可以減少pid的調(diào)節(jié)量。實(shí)踐證明，本方案是成功的。

2 初始方案介紹     表面處理生產(chǎn)線是對(duì)布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學(xué)材料的過程，整條生產(chǎn)線使用的都是艾默生的td3000系列變頻器，在生產(chǎn)線的最后環(huán)節(jié)收卷－，使用的是艾默生td3300變頻器。生產(chǎn)線的后半段環(huán)節(jié)工藝圖（牽引三和收卷一、二）如圖1所示。

            圖1 表面處理生產(chǎn)線示意圖

（1）牽引三的變頻器為td3000 5.5kw，控制4kw電機(jī)，減速比為35，牽引輥為300mm； （2）收卷一、二為td3300 11kw變頻器，控制11kw電機(jī)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為70n.m，ie=24.8a，兩臺(tái)收卷電機(jī)輪流工作。 （3）收卷?xiàng)l件      卷徑變化范圍：216～1500mm；      張力變化：200n～1800n；      減速比：43。      按照以上要求，計(jì)算出收卷時(shí)需要最小轉(zhuǎn)矩為：      tmin =dmin×fmin/(i×1000)     　=216×200÷43÷1000＝1      變頻器輸出轉(zhuǎn)矩為：1/70=1.45％      最大時(shí)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為：      tmax=dmax×fmax/i/tn=89.7％；     按照計(jì)算出來的轉(zhuǎn)矩變化，范圍大，而且在最小轉(zhuǎn)矩時(shí)，所需轉(zhuǎn)矩太小，而td3300變頻器，作開環(huán)張力控制時(shí)，實(shí)際上是轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)矩控制的精度比矢量變頻器的速度控制要低得多，對(duì)變頻器要求轉(zhuǎn)矩最小輸出達(dá)到10％以上，而且要求tmax/tmin最好小于7，從這一方面考慮，使用開環(huán)張力控制很難實(shí)現(xiàn)這種工況下的控制。綜合分析現(xiàn)場的工況，因無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，由于還裝有一個(gè)張力傳感器，可以考慮作速度模式下的張力閉環(huán)控制。 3 方案修改

（1）修改后的方案圖      修改后的方案如圖2所示。

            圖2 修改后的方案

    速度模式下的張力閉環(huán)控制，為矢量變頻器普通速度模式下作pid閉環(huán)控制，頻率指令由pid輸出調(diào)節(jié)量和同步匹配指令疊加構(gòu)成，在此方案中，避免了因轉(zhuǎn)矩變化范圍過大而無法控制的局面，同時(shí)，由于頻率指令由同步匹配指令和pid調(diào)節(jié)輸出疊加，可以減少pid的調(diào)節(jié)量。 （2）同步匹配頻率指令的計(jì)算方程式      f=(v×p×i)/(d×π)      v —材料線速度；      p —電機(jī)極對(duì)數(shù)；      i —機(jī)械傳動(dòng)比；      d —卷筒的卷徑。 （3）變頻器的運(yùn)行頻率      f1=f+δf      δf—pid調(diào)節(jié)輸出量。 （4）卷徑計(jì)算：厚度積分法     根據(jù)材料的厚度按照卷筒旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)進(jìn)行卷徑累加（收卷）或遞減（放卷），因每層只有一圈，設(shè)定每層圈數(shù)為1，計(jì)圈的方法通過編碼器（pg）獲得，材料變化時(shí)，通過總線通訊由觸摸屏直接修改材料厚度參數(shù)。 （5）線速度信號(hào)      通過前級(jí)牽引艾默生td3000變頻器的ao1模擬端子輸出信號(hào)給艾默生td3300變頻器的ai2模擬輸入端子，調(diào)整ao1的增益和零偏，保證模擬量和線速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 4 調(diào)試過程 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)接線完畢后，開始調(diào)試過程。

（1）張力反饋裝置的調(diào)整      測試張力傳感器的曲線，在調(diào)整之前，其傳感器的輸出范圍0～2v，對(duì)應(yīng)張力為0～2000n，考慮到其變化范圍太小，不好控制，聯(lián)系三菱公司的技術(shù)人員對(duì)傳感器做了一定的調(diào)整。主要是擴(kuò)大輸出范圍為0～10v對(duì)應(yīng)0～2000n。 （2）速度信號(hào)一致性的調(diào)整             計(jì)算最大線速度：             lmax =n×d×π/(i×60)             =1470×0.3×3.14/(35×60)=40m/s             艾默生td3300變頻器設(shè)置：             fc.03=40 m/s 最大線速度             艾默生td3000變頻器設(shè)置：             f6.08=0 運(yùn)行頻率輸出;             f6.10=-1.00％ ao1零偏;             f6.11=1.1 ao1增益。     適當(dāng)調(diào)整艾默生td3000變頻器的ao1輸出零偏和增益，保證艾默生td3000變頻器運(yùn)行在50hz時(shí)，其ao1端子輸出為20ma，通過艾默生td3300變頻器ai2顯示為10v，在零頻運(yùn)行時(shí)，艾默生td3300顯示0v。由于考慮到系統(tǒng)需要進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制（此時(shí)td3000不運(yùn)行，只運(yùn)行收卷變頻器），設(shè)置ao1輸出偏移-1.0％，使得在牽引三不運(yùn)行的情況下，能保證收卷有較小的線速度輸入，在全線啟動(dòng)前進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，將多余的布先卷起來。

（3）電機(jī)參數(shù)的自學(xué)習(xí)     系統(tǒng)中牽引、收卷變頻器都為高性能的矢量控制變頻器，為保證系統(tǒng)的控制精度和性能，在正常使用之前，要求要進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的自辨識(shí)，在做參數(shù)自辨識(shí)時(shí)，將電機(jī)所帶的減速箱脫離。自辨識(shí)前電機(jī)參數(shù)設(shè)定如表1所示。

在設(shè)定完電機(jī)參數(shù)后，設(shè)定f1.09=1，f1.10=1進(jìn)行調(diào)諧，調(diào)諧結(jié)果如表2所示。

 f1.16/f1.03=35.8％，在范圍30％～50％以內(nèi)，調(diào)諧結(jié)果正常。

（4）其他參數(shù)的設(shè)定      根據(jù)系統(tǒng)的方案，設(shè)定的參數(shù)如表（3～6）所示?；緟?shù)設(shè)定如表3所示。

    設(shè)置加減速時(shí)間為1s，保證收卷變頻器能夠快速響應(yīng)，及時(shí)跟蹤牽引變頻器的輸出。同時(shí)，設(shè)置牽引艾默生td3000變頻器的加減速時(shí)間為120s，使其變化比較緩慢，保證系統(tǒng)在加減速過程中的穩(wěn)定性。張力控制參數(shù)設(shè)定如表4所示。

   　變頻器工作在速度模式下的張力閉環(huán)控制，張力設(shè)定通過參數(shù)數(shù)字設(shè)定，也可以通過總線通訊由觸摸屏直接修改此參數(shù)值。卷徑來源采用厚度積分法，材料厚度為0.18mm，在后期根據(jù)材料的變化，再通過觸摸屏修改此參數(shù)。過程pid控制參數(shù)如表5所示。

            通訊參數(shù)如表6所示

    整個(gè)系統(tǒng)通過總線通訊控制，變頻器的起停信號(hào)、收卷之前的變頻器的頻率給定都由觸摸屏設(shè)定，ppo模式選擇為3。

（5）系統(tǒng)調(diào)試      在調(diào)試過程中,主要出現(xiàn)了兩個(gè)問題,困擾了很長時(shí)間: ● 設(shè)置參數(shù)后，在運(yùn)行過程中，每隔一段時(shí)間（大約3min）就出現(xiàn)一次很大的波動(dòng)，張力值設(shè)定由穩(wěn)定的4v跳到在0v～10v之間波動(dòng)。首先懷疑的是pi參數(shù)沒有調(diào)整好，反復(fù)地修改兩組pi參數(shù)，包括采樣時(shí)間ti、偏差極限，效果都不明顯，無法解決問題。接下來懷疑設(shè)備的機(jī)械問題，和信遠(yuǎn)的朱工一起檢查設(shè)備的機(jī)械情況，看是否有機(jī)械上面的原因，導(dǎo)致運(yùn)行過程中出現(xiàn)周期性的波動(dòng)，結(jié)果也是一無所獲。后直接將采樣時(shí)間設(shè)定為0，再次運(yùn)行時(shí)，周期性的波動(dòng)完全消除，觀察了30min，系統(tǒng)都能穩(wěn)定運(yùn)行，證實(shí)此問題已經(jīng)解決。設(shè)置為0代表的是實(shí)時(shí)采樣，系統(tǒng)響應(yīng)的速度更快。 ● 在低速運(yùn)行正常后，一到大卷徑高速階段，就出現(xiàn)了收卷跟不上牽引的情況，導(dǎo)致材料松下來。出現(xiàn)這一情況時(shí)，重點(diǎn)檢查了張力反饋、收卷變頻器的參數(shù)設(shè)定，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限定設(shè)置為8％了，將此參數(shù)改為100％后正常。轉(zhuǎn)矩限定設(shè)定為10％，那么在變頻器運(yùn)行到大卷徑高速段后，出現(xiàn)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩到達(dá)限定值，無法滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需求，因而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤不上。而設(shè)定這一參數(shù)的原因是在開始試機(jī)時(shí)，為防止將布匹拉斷，而實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩基本在5％以下，因而設(shè)定轉(zhuǎn)矩限定為10

 5 結(jié)束語     通過這一次的td3300調(diào)試，對(duì)艾默生td3300變頻器各種控制的原理和調(diào)試方法有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己技術(shù)水平的提高起了很大的作用，同樣也對(duì)今后的調(diào)試工作有一個(gè)很好的指導(dǎo)作用。本方案在實(shí)際應(yīng)用中取得了成功，為類似過程控制提供有益的經(jīng)驗(yàn)。