1 引言 此次改造的項(xiàng)目為大連黃海鋁加工廠鋁箔生產(chǎn)線，本次工程改造采用艾默生TD3300-4T0370G張力專用變頻器與TD2000-4T1320G通用變頻器。TD3300用作系統(tǒng)的收卷部分，TD2000用于系統(tǒng)的主軋機(jī)部分。改造前，主軋機(jī)采用直流電機(jī)，收卷部分采用力矩電機(jī)，但存在以下缺點(diǎn): （1）工作效率低，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員進(jìn)行操作; （2）電機(jī)需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，極易損壞; （3）電機(jī)的造價(jià)高。 但采用了艾默生TD3300變頻器后克服了以上的缺點(diǎn)，大大提高了生產(chǎn)的效率，驅(qū)動(dòng)的交流三相異步電機(jī)無論在價(jià)格和適應(yīng)環(huán)境上均超過了直流電機(jī)，為客戶帶來了更多的方便。 2　改造方案的選擇 張力控制就是在收、放卷過程中為了保持線材上的張力恒定，而使線材不被拉斷或發(fā)生松弛現(xiàn)象而作的系統(tǒng)。如圖1所示: 圖1　收、放卷過程中的張力控制 在艾默生TD3300中，關(guān)于張力的控制可分為: （1）張力閉環(huán)控制方式1（速度模式）; （2）張力開環(huán)控制方式; （3）張力閉環(huán)控制方式2（轉(zhuǎn)矩模式）。 以上三種控制方式分別是根據(jù)機(jī)器的內(nèi)部計(jì)算模塊或PID模塊，調(diào)整變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)的。 在本次改造中如果采用張力閉環(huán)控制時(shí)需要外加張力檢測裝置，由于鋁箔本身具有一定的硬度，所以不便于張力的檢測。因此我們采用了張力開環(huán)控制方式，不需要加張力檢測裝置，但需要安裝測速編碼器，用來提高控制的精度，控制精度可以達(dá)到±0.05%。 2.1　電氣應(yīng)用方案 圖2　鋁箔生產(chǎn)線張力開環(huán)控制的變頻器電氣系統(tǒng)圖 針對(duì)控制方式的要求，對(duì)變頻柜進(jìn)行了如圖2所示的設(shè)計(jì)。 TD3300安裝于柜內(nèi)，TD2000-4T1320G外置。主速度由TD2000進(jìn)行給定，通過FM,GND與TD3300的AI1,GND相連接，進(jìn)行信號(hào)傳輸。在安裝時(shí)，采用了屏蔽線，以保證信號(hào)不受外界的干擾。對(duì)于控制回路部分，變頻器的運(yùn)行信號(hào)是通過（FWD—COM）端子來進(jìn)行控制的。其中，軋機(jī)的速度給定通過（X2,X3）多功能端子進(jìn)行設(shè)置，分別為:主機(jī)的加速（X2），主機(jī)的減速（X3）控制。（AM-GND）端子與電流表A1相連接，用來監(jiān)測主機(jī)的運(yùn)行電流，方便現(xiàn)場人員進(jìn)行操作。TD3300的運(yùn)行命令來源與TD2000的控制方式相同。采用外部FWD-COM進(jìn)行控制。收卷機(jī)在帶料的時(shí)候需要一步步緩慢啟動(dòng)，將（X1）端子設(shè)定為點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。因?yàn)檎紫到y(tǒng)是工作在張力開環(huán)控制下的，有卷徑計(jì)算，所以在工作完畢后需要把卷徑復(fù)位，故將（X2）端子設(shè)定為卷徑復(fù)位功能。（10V-AI2-GND）電位計(jì)給定，作為張力的設(shè)定。（AO1-GND）外接張力表，用來觀察設(shè)定的張力。（TA-TC），（PA-PC）為繼電器輸出，當(dāng)變頻器故障時(shí)，TA-TC，PA-PC閉合，可以通過外部的繼電器進(jìn)行連鎖控制，如:聲光報(bào)警等。 前面已經(jīng)提到，在張力開環(huán)控制下變頻器必須外加編碼器，已達(dá)到控制的精度。編碼器信號(hào)線的連接方式，要與編碼器的型號(hào)相對(duì)應(yīng)。并且要正確地設(shè)置CN4短路塊的位置。在這套系統(tǒng)中，由于電機(jī)與電控柜之間的距離較長，所以在選擇編碼器的時(shí)候考慮到了信號(hào)衰減的問題，因此決定選用了Koyo的推挽式輸出的編碼器。將碼盤的+V接到變頻器的PGP端子上0V與COM相連，A與A+,B與B+相連。最后要把變頻器的A-,B-,COM短接在一起，把CN4跳線跳到DI側(cè)。 2.2　調(diào)試的步驟 張力的開環(huán)控制方案是由設(shè)定的張力和卷筒的卷徑計(jì)算出電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（公式:T=F×R）作為變頻器的轉(zhuǎn)矩指令。調(diào)試前應(yīng)先確定張力給定的來源和所要卷曲的卷徑大小。張力給定是通過外部電位計(jì)（10V,AI2,GND）獲得的。而卷徑是不斷變化的，在TD3300中可以通過卷徑的計(jì)算來獲得，非常方便。矢量型變頻器的調(diào)試與通用型變頻器有所不同。 （1）第一步要對(duì)電機(jī)銘牌參數(shù)及機(jī)械傳動(dòng)比進(jìn)行正確的設(shè)置: F1.00=機(jī)械傳動(dòng)比; F1.01=電機(jī)額定功率; F1.02=電機(jī)額定電壓; F1.03=電機(jī)額定電流; F1.04=電機(jī)額定功率; F1.05=電機(jī)額定轉(zhuǎn)速; F1.06=電機(jī)的過載保護(hù)方式（普通電機(jī)，變頻電機(jī)）; 然后將參數(shù)（F1.09=1,F1.10=1）進(jìn)行電機(jī)自調(diào)諧。調(diào)諧完畢后，變頻器將電機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在（F1.11-F1.16）中。需要注意的是:調(diào)諧時(shí)應(yīng)將電機(jī)軸脫離負(fù)載。變頻器安裝了編碼器，所以在電機(jī)調(diào)諧完后，應(yīng)正確的設(shè)置編碼器參數(shù)Fb組。設(shè)置完成后，要先在速度控制模式下試運(yùn)行。試運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)變頻器經(jīng)常出現(xiàn)過流，過載的現(xiàn)象。而且，在直接進(jìn)入轉(zhuǎn)矩模式下，發(fā)現(xiàn)電機(jī)出現(xiàn)一會(huì)兒正轉(zhuǎn)，一會(huì)兒反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。由于客戶沒有示波器，無法檢查脈沖輸出。但根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)有可能是編碼器與電機(jī)軸連接不夠牢固，造成不同軸產(chǎn)生的。將風(fēng)扇打開后發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸與編碼器的連接器已經(jīng)發(fā)生松動(dòng)，所以建議客戶將編碼器接頭與電機(jī)軸焊接在一起，以消除不同軸現(xiàn)象。處理完后電機(jī)可以正常啟動(dòng)。 （2）第二步，確定輸出轉(zhuǎn)矩的方向，在艾默生TD3300中是通過張力方向來確定（F8.17）在此系統(tǒng)中TD3300作為卷機(jī)，所以（F8.17=1）轉(zhuǎn)矩方向設(shè)為反向。 （3）第三步，對(duì)張力控制各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，先建立起一個(gè)初步的張力控制系統(tǒng)。（F3.06=3）選擇張力開環(huán)控制模式。然后確定卷曲模式（F8.00=0）收卷模式。張力的設(shè)定是通過外部電位計(jì)設(shè)定的，（F8.01=2）設(shè)定可參看圖2。通過計(jì)算得出要卷曲的材料最大張力為3500N，所以將最大張力設(shè)定為4000N,方便現(xiàn)場人員進(jìn)行操作。最后進(jìn)行兩機(jī)通訊的設(shè)置FC.00線速度的輸入通道選擇，應(yīng)注意的是TD2000的FM端子輸出得是頻率信號(hào)，所以要在TD2000里把參數(shù)F144設(shè)定一個(gè)線速度系數(shù)（線速度與頻率成正比），這樣TD2000與TD3300才可以正常通過線速度進(jìn)行給定。設(shè)置完畢后，先不要加入卷徑計(jì)算（F8.08=0）在空卷下調(diào)試。 （4）第四步，由于采用張力開環(huán)控制，所以先不加慣量補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)試，但發(fā)現(xiàn)在張力設(shè)定為0的時(shí)候，卷機(jī)系統(tǒng)仍然飛速旋轉(zhuǎn)。將（F3.11=轉(zhuǎn)矩切換時(shí)間，F(xiàn)3.12=轉(zhuǎn)矩變化時(shí)間）設(shè)定為實(shí)際值。再試驗(yàn)，效果還是沒有改觀。于是只好再次檢查各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，發(fā)現(xiàn)（F3.07=電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限定選擇）為AI2限定，因?yàn)锳I2作為張力設(shè)定，故在起動(dòng)時(shí)電位計(jì)設(shè)為0，導(dǎo)致電動(dòng)轉(zhuǎn)矩限幅也為0，因此導(dǎo)致系統(tǒng)的故障。后將（F3.07=0）數(shù)字限定，故障消除。系統(tǒng)在啟動(dòng)、恒速時(shí)張力控制正常。 正常后，加上系統(tǒng)慣量補(bǔ)償。將F2.21=1啟動(dòng)調(diào)諧。變頻器會(huì)自動(dòng)辨識(shí)系統(tǒng)慣量。在現(xiàn)場進(jìn)行辨識(shí)時(shí)，機(jī)器在加速過程中出現(xiàn)過流，將加減速時(shí)間延長，消除了過流現(xiàn)象。機(jī)器兩次加減速到40Hz后，獲取的系統(tǒng)慣量補(bǔ)償系數(shù)和摩擦補(bǔ)償系數(shù)，分別存入FC.12和FC.10。 張力控制基本建立完成，經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)在起動(dòng)的時(shí)候，即機(jī)器剛剛進(jìn)入轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí)，張力有些過大，卷材被拉得很緊。很容易造成斷材。因?yàn)殪o摩擦力矩補(bǔ)償是用來克服起動(dòng)時(shí)靜摩擦力矩的，所以在操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)把靜摩擦系數(shù)慢慢調(diào)大，系統(tǒng)的起動(dòng)張力會(huì)越來越大。但調(diào)試到將近100%時(shí)發(fā)現(xiàn)起動(dòng)張力有些柔和。但還是達(dá)不到客戶的要求。查閱了一下資料后，發(fā)現(xiàn)將靜摩擦力矩補(bǔ)償調(diào)大是錯(cuò)誤的做法。在98%處張力發(fā)生柔和現(xiàn)象可能是因?yàn)殪o摩擦力矩補(bǔ)償過大導(dǎo)致溢出造成的。所以將靜摩擦力矩補(bǔ)償改為原來值。在對(duì)系統(tǒng)的慣量補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)節(jié)，慢慢降低系統(tǒng)的慣量補(bǔ)償，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)入轉(zhuǎn)矩模式后，張力明顯柔和，卷材也不會(huì)被拉得很緊了?？蛻舾械綕M意。 （5）第五步:放開卷徑計(jì)算（F8.08=1），卷徑是通過線速度來計(jì)算的，公式如下: D=（I×V）/（π×n） D 所求卷徑; I 機(jī)械傳動(dòng)比; V 線速度; n 電機(jī)轉(zhuǎn)速; F8.09=卷徑最大值;F8.10=空心卷徑;F8.11=初始卷徑;都設(shè)定為實(shí)際值，以達(dá)到卷徑計(jì)算的準(zhǔn)確。 最后加入張力錐度控制，因?yàn)?，在卷曲過程中，卷徑不斷增大會(huì)增加卷曲部分材料的慣性，同時(shí)增大了張力，使線材的張力不穩(wěn)定，造成版面的皺褶。所以需要材料張力隨著卷徑的增大而相應(yīng)的降低，以使材料版面達(dá)到更好的效果。張力錐度控制是通過機(jī)器內(nèi)部計(jì)算來完成的。非常方便，只要將張力系數(shù)設(shè)定為實(shí)際數(shù)值就可以了。 以上為艾默生TD3300在鋁箔生產(chǎn)上采用張力開環(huán)控制的參數(shù)調(diào)制步驟，把卷曲過的材料進(jìn)行開卷后檢查，感覺版面的效果很好，客戶非常滿意。達(dá)到了直流電機(jī)在四象限運(yùn)行的效果。而且為客戶節(jié)省了很多生產(chǎn)成本，低了生產(chǎn)造價(jià)。 3　結(jié)束語 現(xiàn)代交流變頻器已經(jīng)不止是在風(fēng)機(jī)，水泵上應(yīng)用，而是擴(kuò)展到了生產(chǎn)領(lǐng)域的各個(gè)方面，TD3300張力專用型變頻器，就是一個(gè)通過控制轉(zhuǎn)矩電流的高性能變頻器，內(nèi)置豐富的控制方式，可滿足客戶的使用要求，而且客戶感覺性價(jià)比也很不錯(cuò)。