1 引言
膠帶、保護膜生產(chǎn)設備主要包括各種膠粘制品及無膠紙類、布類、皮革類、多種塑料制品類物料的上膠、多層貼合、分條、復卷、分切、沖型機械等。其中分條機（圖1）主要用于將寬幅卷材分切成窄幅卷材。分條工藝包括放卷和收卷兩個過程。放卷和收卷的張力控制是分條機的關鍵自動化環(huán)節(jié)。本案例的方案特點是在原有電控系統(tǒng)的基礎上選用變頻器實現(xiàn)收放卷轉(zhuǎn)矩控制,達到了理想的效果。

圖1 多功能貼合復卷分條機圖

2 系統(tǒng)設計
2.1 系統(tǒng)方案
系統(tǒng)方案參見系統(tǒng)控制框圖(圖2)。設備主體選用臺達機電系列（表1）

圖2 系統(tǒng)控制框圖

2.2 系統(tǒng)分析
收放卷工藝要求恒張力控制。張力的給定通過張力控制器。張力控制器控制的原理是通過檢測收卷的線速度計算卷徑，負載轉(zhuǎn)矩=fd/2（f為設定張力，d為當前卷徑），因此當設定了張力的大小，因為當前卷徑通過計算已得知，所以負載轉(zhuǎn)矩就可以算出來了。張力控制器能夠輸出標準的0～10v的模擬量信號，對應異步電機的額定轉(zhuǎn)矩。所以我們用該模擬量信號接入變頻器，選擇轉(zhuǎn)矩給定。這樣在整個收卷的動態(tài)過程中，能夠保證張力的恒定。
在變頻器轉(zhuǎn)矩模式下，對速度進行限制。在張力控制模式下，不論直流電機、交流電機還是伺服電機都要進行速度的限制，否則當電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距能夠克服負載轉(zhuǎn)矩而運行時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動加速度，而使轉(zhuǎn)速不斷的增加，最終升速到最高速，就是所謂的飛車。如圖2中所示，收放卷的速度是通過主軸b系列變頻器的模擬量輸出afm而進行限定的。也就是將主軸b系列的變頻器上3-05（模擬信號輸出選擇）參數(shù)設定為03（頻率指令輸出）,如圖3所示。將該信號分別接到收放卷變頻器的模擬量輸入端口上，作為頻率給定和上限頻率的設定信號。

圖3 頻率指令輸出函數(shù)

零速張力控制要求。當收放卷以0hz運行時，電機的輸出軸上有一定的張力輸出，而且可調(diào)。該要求主要是防止當收放卷運轉(zhuǎn)當中停車，再啟動時能夠保證收放卷的盤頭不會松掉。在該控制系統(tǒng)中，可以通過調(diào)整張力控制器上的初始張力設定而達到要求。
2.3 分條機恒張力原理設計
（1）恒張力控制的原理
已知空芯卷徑dmin=200mm,滿卷卷徑dmax=1200mm;線速度的最大值vmax=90m/min,張力設定最大值fmax=50kg(約等于500牛頓);減速比i=9;速度的限制如下:因為:v=πdn/i(v-線速度、d-卷徑、n-轉(zhuǎn)速，對于收卷電機)=>收卷電機在空芯卷徑時的轉(zhuǎn)速是最快的。所以:
90=3.14×0.2×n/9n=1290r/min。
（2）同步轉(zhuǎn)速計算
因為大家知道變頻器工作在低頻時,交流異步電機的特性不好,激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機工作在2hz以下。因此收卷電機有個最低速度的限制。對于四極電機而言其同步轉(zhuǎn)速計算如下:
n0=60f/p，得：n0=1500r/min
，得:ｎ=60r/min
其中： f — 額定頻率；
p — 極對數(shù)為２；
n0 — 同步轉(zhuǎn)速。
（3）限速運行
當達到最大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運行的最低速：
v=π×d×n/i=>vmin=3.14×1.2×60/9=25.12m/min
張力控制時,要對速度進行限制,否則會出現(xiàn)飛車，因此要限速運行。
（4）張力及轉(zhuǎn)矩的計算
如果f×d/2=t/i
其中： f — 張力；
d — 卷徑；
t — 轉(zhuǎn)距；
i — 減速比。
=>f=2×t×i/d對于3.7kw的交流電機,其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下:
t=9550p/n，得：t=24.88n.m
所以：
fmax=2×24.88×9/0.6=74.64n
其中： t—電機的額定轉(zhuǎn)距；
p—電機的額定功率；
n—電機的額定轉(zhuǎn)速。

3 調(diào)試過程及參數(shù)設定
3.1 v系列變頻器電機參數(shù)的自整定
（1） 將驅(qū)動器的所有參數(shù)恢復成出廠值;
（2） 將電機軸與負載脫開；
（3） 將電機額定電壓01-02、電機額定頻率參數(shù)01-01、分別正確填入數(shù)值;
（4） 將參數(shù)05-00設定為1,然后按keypad run的命令,此時立即執(zhí)行電機的自動整定。執(zhí)行約2min的時間（功率越大,要將加減速時間設定長一些）;
（5） 執(zhí)行后檢查05-02、05-06～05-09、05-12、05-16～19參數(shù)是否已自動將測量的數(shù)據(jù)填入，若沒有請再次設定05-00參數(shù)，run一次。
3.2 v系列變頻器閉環(huán)矢量試運行
將運行方式設定為面板啟動,頻率給定方式為面板給定。運行方式為v/f+pg將頻率設定成10hz,然后運行,觀察變頻器是否會報pg報警,如果報pg報警,則將10-01設定為1(原來為0，反之設定為0),然后斷電重新上電。再次按運行按鈕,確保變頻器不再報警,同時按mode鍵,切換置顯示運行頻率,觀察運行頻率是否在10hz上下波動,確保閉環(huán)矢量運行調(diào)試完成。
3.3 v系列變頻器轉(zhuǎn)距控制參數(shù)設定
（1） 主軸vfd037b43a參數(shù)設定
01-00--50 最大操作頻率
01-01--50 最大電壓頻率
02-00--1 第一頻率來源（avi）
02-01--1 第一運轉(zhuǎn)指令來源（外部端子啟動）
03-05--3 頻率指令輸出
（2） 收放卷vfd037v43a參數(shù)設定
00-04--40 觀察上限頻率
00-20--2 頻率指令來源 (外部模擬量輸入)
00-21--1 運轉(zhuǎn)指令來源 (外部端子啟動）
01-00--50 最大操作頻率
01-01--50 最大電壓頻率
00-12--1 第一加速時間
00-13--1 第一減速時間
03-00--4 avi上限頻率限定
03-02--1 轉(zhuǎn)距給定
03-09--110 模擬量輸入增益(avi)
03-11--200 模擬量輸入增益(aui)
10-00--1024 編碼器線數(shù)
10-01--1 編碼器方向

4 結(jié)束語
當應用v系列變頻器做張力控制時,一定要考量控制介質(zhì)能承受的張力范圍。保證張力控制的范圍不能太小,一般張力范圍在幾百牛頓甚至更大時,用變頻器做張力控制是能夠滿足客戶的需要的。如果張力范圍太小,是無法用變頻器進行張力控制的。因為低轉(zhuǎn)距、小負載時,v系列變頻器的性能還是不是非常好,將轉(zhuǎn)距調(diào)到非常小時,電機運轉(zhuǎn)不是很平穩(wěn)。所以在做類似的應用時還是要了解清楚客戶的要求,以免無法達到客戶的要求。