MD330收放卷张力控制

1、Never Stop ImprovingMD330收放卷张力控制 杨晓斌Innovation+ Advance主要内容主要内容MD330产品概况和张力控制基础一MD330闭环速度模式应用三预驱动和张力锥度应用四MD330开环转矩模式应用二开环和闭环应用方案五Innovation+ AdvanceMD330产品概况是一款张力控制专用变频器；是在汇川MD320基础之上开发出来的；保留了MD320绝大多数功能，同时具备多种张力控制模式选择；可灵活改变收/放卷模式；丰富的卷径计算功能模块；灵活的转矩补偿、惯量补偿、张力锥度输出等功能模块；Innovation+ Advance什么是张力控制？ 在金属加

2、工、纺织、造纸、橡胶、化工及电线电缆等工业中，当处理一些如纸张、薄片、丝、布等长尺寸材料或产品时，都会用上卷壳及滚筒组成的加工生产线，这有一个需要解决的问题：如何在卷筒直径从开始阶段至最后阶段逐渐变化的整个过程中，张力和线速度的变化保持在所如何在卷筒直径从开始阶段至最后阶段逐渐变化的整个过程中，张力和线速度的变化保持在所允许的范围内。允许的范围内。以塑料薄膜为例，在放卷、收卷以及供料过程中，薄膜上要保持一定的张力（或者称之为拉伸力），过大的张力会导致料膜变形甚至断裂，而过小的张力又会使薄膜松弛，导致褶皱，这就要求在薄膜的处理过程中要保持恒定的张力。 张力控制的作用就是：保持恒定的张力，抑制外来

3、干扰引起的张力抖动。张力控制的作用就是：保持恒定的张力，抑制外来干扰引起的张力抖动。 有两种途径可解决此问题：1、通过控制电机转速实现。2、通过控制电机输出转矩实现。Innovation+ Advance张力控制基础-什么是张力控制系统？什么是张力控制系统？什么是张力控制系统？张力控制系统就是为实现张力控制而必须的系统构成。典型的张力控制系统包括： 1、张力控制器（含专用变频器） 2、张力检测器 3、磁粉制动器或离合器。功能：功能：能够持久地控制料带输送时的张力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，它也有能力保证料带不产生丝毫破损。Ne

4、ver Stop Improving张力控制基础张力控制基础- -收放卷侧收放卷侧目前应用的张力控制按工艺位置可分为两类：v 始始/末端末端 即开卷/收卷，完成材料的释放和收取。目前的控制方式有： 1、速度控制，即通过直接线速度检测保持线速度恒定。 2、转矩控制，直接控制电机输出力矩，使其自动跟随卷径变化，从而保持 张力恒定， 有两种方式：闭环张力转矩和开环张力转矩控制。 主要特点是：需获得实时卷径值，电机速度需要自动跟随Never Stop Improving张力控制基础张力控制基础- -中间传动侧中间传动侧v 中间段中间段 主要是保证生成工艺中间过程产品的质量，控制方式有： 1、简单速度控

5、制，只能用于低速、材料不易变形的场合 2、闭环张力速度控制，一般用于高速、材料易变形的场合 主要特点是：不存在卷径变化问题Never Stop Improving张力控制系统常用方案张力控制系统常用方案目前应用的张力控制方案有五种：v变频器直接速度控制（表面收放卷）v线速度检测变频器v磁粉制动/离合器张力传感器张力控制器v变频器张力传感器（调节辊）v变频器开环张力控制Never Stop Improving变频器直接速度控制变频器直接速度控制 1、收卷用靠背轮，卷曲部分没有动力，依靠一个过渡辊传送动力，带状物体从过渡辊上通过，在卷曲辊上缠绕，采用气压或者液压方式补偿卷径的变化。依靠机械来完成恒

6、速卷绕. 2、线速度同步 如低速纸机各工艺段，依靠各级速度的微小速差保持张力在一定范围内，否则断纸。 Never Stop Improving线速度检测变频器 线速度反馈线速度输入一般用于收卷，但必须方便安装速度反馈装置Never Stop Improving磁粉制动/离合器张力传感器张力控制器目前使用较为普遍，但仅限于开卷收卷场合Never Stop Improving变频器变频器 张力传感器（调节辊）张力传感器（调节辊）张力反馈线速度输入张力输入使用范围不受限，但必须方便安装传感器（调节辊）Never Stop Improving变频器开环张力控制变频器开环张力控制线速度输入速度反馈仅限于

7、开卷/收卷Innovation+ Advance汇报大纲汇报大纲MD330产品概况和张力控制基础一MD330闭环速度模式应用三预驱动和张力锥度应用四MD330开环转矩模式应用二开环和闭环应用方案五Innovation+ Advance常用术语说明常用术语说明 传动比；传动比； 最高线速度；最高线速度； 卷径比；卷径比； 最小输出力矩；最小输出力矩； 最大输出力矩；最大输出力矩； 最大频率；最大频率； 最小频率；最小频率； 初始卷径；初始卷径； 最大卷径；最大卷径； 张力锥度；张力锥度； 预驱动；预驱动； 卷径计算卷径计算Innovation+ Advance传动比机械传动比=电机转速/卷轴转速

8、在张力控制时必须正确设定机械传动比。皮带、齿轮(多极相乘）Innovation+ Advance 最大线速度牵引棍变频器最大频率时所能达到的线速度来源1、线速度和频率正比（模拟输出或脉冲输出）2、检测时脉冲频率与线速度成正比（编码器或接 近开关）直接影响卷径条件（线速度与传动比）；要正确设置最大线速度（FH-28，FH-29);观察FH-30-线速度实际值;Innovation+ Advance 卷径比=最大卷径/最小卷径小于10容易控制，极限不得大于15；力矩时影响最大力矩和最小力矩的比；过大降低小张力控制精度；速度控制增加PID控制难度；Innovation+ Advance 最小/最大输

9、出力矩调整最小张力与卷轴材料直径最小时出现；折算到电机力矩不小于10%*TN调整最大张力与卷轴材料直径最大时出现；折算到电机力矩不大于110%*TNInnovation+ Advance 最大/最小输出频率最小卷径最高线速度时出现不大于100HZ，极限150HZ；高频矢量效果变差，甚至不稳定；最大卷径最小线速度时出现不小于2HZ，闭环可以到1HZ；开环矢量1HZ以下带载能力很差Innovation+ Advance 初始卷径和最大卷径收卷：没有材料时的直径；（常数）放卷：最大卷径，开时放料，（是个变值）新上材料时需要复位初始卷径收卷：出现在卷轴结束时；放卷：初始上卷时；Innovation+

10、Advance卷径计算1、线速度计算； 有线速度输入场合，更新快，无需材料厚度，常用方式；2、厚度累计计算； 有计圈信号和材料厚度场合，无法知道线速度； 材料厚度客户难准确知道，对卷径计算造成影响。3、外部给定（AI、DI5、通讯）； 有检测卷径装置（超声波和角位移检测）FH-17;FH-69;FH-70;FH-29;FH-28;FH-03;监控FH-30;FH-18-卷径当前值;Never Stop Improving开环张力转矩控制开环张力转矩控制 FH-00=1FH-00=1根据公式根据公式F=T/R（其中（其中F为材料张力，为材料张力，T为收卷轴为收卷轴的扭矩，的扭矩，R为收卷的半径）

11、为收卷的半径） 收卷 F 牵引辊 图 1 无张力反馈 TRV= R 2n/60其中，V为线速度m/min, 为角速度rad/s,n为转速r/min，R为卷轴半径m，是根据实际线速度和角速度实时计算出来，同时可通过FH-18监测实际卷径值，卷轴空轴（FH-12）2R卷轴满轴（FH-11）。Never Stop Improving开环张力框图开环张力框图使用FH组开环张力功能模块：张力设定部分：卷径计算部分；转矩补偿部分：电机必须为闭环矢量控制，变频器必须加装PG卡。Innovation+ Advance汇报大纲汇报大纲MD330产品概况和张力控制基础一MD330闭环速度模式应用三预驱动和张力锥度

12、应用四MD330开环转矩模式应用二开环和闭环应用方案五Innovation+ Advance闭环速度模式应用 FH-00=2该控制原理是通过线速度与实际卷径计算一个匹该控制原理是通过线速度与实际卷径计算一个匹配频率设定值配频率设定值f1，再通过张力（位置）反馈信号，再通过张力（位置）反馈信号进行进行PID运算产生一个频率调整值运算产生一个频率调整值f2，最终频率，最终频率输出为输出为f=f1+f2。f1可以基本使收（放）卷辊的线速度与材料线速可以基本使收（放）卷辊的线速度与材料线速度基本匹配，然后度基本匹配，然后f2部分只需稍微调整即可满足部分只需稍微调整即可满足控制需求，很好地解决了闭环控制

13、中响应快速性控制需求，很好地解决了闭环控制中响应快速性和控制稳定性地矛盾。和控制稳定性地矛盾。与闭环速度模式相关功能模块：张力设定部分无效；PID功能部分：FA组合FH组第二组PID参数；线速度输入部分：计算同步匹配速度频率；同时通过线速度计算卷径；卷径计算部分：FH组第二组PID参数部分;浮动辊F牵引辊收卷图2 带浮动辊张力反馈Innovation+ Advance张力闭环速度控制MD320MD330GNDGNDAO1AI2张力反馈X1COM收放机 电机可以在VC/FVC/VF模式下；张力调节，通过张力反馈的配重或气缸气压外力来调节；调试中要注意PID的作用方向和电机的实际运行方向对应；In

14、novation+ AdvanceMD330控制模式选择1、采用力矩模式还是速度模式 张力精度，闭环速度模式高于开环力矩模式 ；2、张力检测方式（传感器、摆杆,是否要锥度）；摆杆反馈张力波动最小3、卷径比是多少？最大卷径/最小卷径 是否大于10，极限15；4、张力调节范围是否太宽(1:5)？5、传动比多少，最小张力是否合适？6、线速度调节范围（频率是否合适2100HZ）？7、卷径计算方式？(信号来源） 8、功率确定（最大卷径*最大张力时力矩*k/i）Innovation+ AdvanceMD330使用中总结 选择、确定好哪种张力控制方案：同时选择电机控制模式； 选择线速度输入模式：变频器输出频

15、率是否与线速度成正比，如不能需要选择使用脉冲测试法计算作为线速度输入源信号； 选择卷径计算方法：线速度计算、厚度累积计算、模拟信号等传感器实际测量值；Innovation+ Advance调试步骤（1）： A、首先要对电机铭牌参数进行正确设置，然后进行参数辩识，正确设置编码器参数，在正常的速度控制模式下试运行，正常后再往下进行调试。 B、张力控制时变频器输出转矩的方向由张力方向设定功能码或张力方向切换端子控制，更改设置，使张力输出方向正确。 C、对张力控制各项参数进行设置，然后将卷径设为空芯卷径，不进行卷径计算，在空卷下调试。一般情况，卷径是缓慢变化，短时间的影响有限，如果调试过程较长，可以每

16、次启动都把卷径设为实际值。张力开环控制时，先不加惯量补偿，让系统较慢加减速，观察恒速时张力是否控制正常，否则检查参数设置，直到正常为止。然后再加上系统 惯量补偿，慢慢缩短系统加减速时间，观察加减速过程张力是否达到要求，否则调整系统惯量补偿系数，直到达到要求为止。 张力闭环控制时，首先要保证线速度信号准确，然后调整PID参数，使张力控制稳定。开始时，可将两组参数设成相同的。Innovation+ Advance调试步骤（2）：D、放开卷径计算功能，调整相关参数，使卷径计算结果准确。E、卷筒快卷成满卷时，张力开环控制时，调整材料惯量补偿系数，使系统加减速时获得较准确的张力；张力闭环控制时，调整第二

17、组PID参数，使张力控制稳定。F、建议对调好的参数进行记录备份，以后相同的设备可以进行参考，或则在用户误修改功能码时，可以进行复原。Innovation+ Advance汇报大纲汇报大纲MD330产品概况和张力控制基础一MD330闭环速度模式应用三预驱动和张力锥度应用四MD330开环转矩模式应用二开环和闭环应用方案五Innovation+ Advance预驱动 主要在换料过程中使用，即由满盘（卷）更换到空盘（卷）过程； 预驱动过程，一般使用预驱动端子（34）功能，在该端子有效状态下，进入速度模式，此时变频器输出频率通过线速度信号与当前的的卷径（空盘和满盘）分别算出，同步匹配频率值； 一般在调试

18、预驱动过程中，需要保证两台电机的线速度一致，通常使用限速表测试，如有偏差时，通过预驱动增益微调。Innovation+ Advance预驱动速度模式下根据当前卷径与线速度，输出频率控制角速度，实现卷轴表面线速度与材料实际线速同步；端子控制切换；用于自动换卷同步切换和恒线速控制（如卷染机）速度增益FH-45和转矩增益FH-47-百分值对应当前给定转矩（调整预驱动速度和力矩）；力矩限制（转矩上限F2-09决定或由张力设定大小决定）Innovation+ Advance张力锥度功能一般情况下采用定张力卷取收料，随着料卷的增大相对于内侧材料的力矩变大，产生打滑即卷取收缩。再有由于材料的收缩及空气的放出

19、指向中心的压力加大材料被挤坏或被横向挤出，产生所谓竹笋现象。靠近卷芯的地方产生皱纹，使表面凹凸不平。要解决这些问题，就是卷径逐渐变大时张力应逐渐减小，即采用锥度张力。卷取时的初始张力决定了卷取终了时的张力。其减少的程度叫锥度。一般使用10-50的锥度。例如用30锥度；即以10kg张力开始，则从7kg张力结束，这时的变化比率根据材料和机构的性能是不同的，厂家应经试验做出各种类型的试验曲线，以便生产中对照调整。Innovation+ Advance张力锥度在收卷过程中，有时需要张力随着卷径的增大而相应降低，以保证材料卷曲成型较好。曲线锥度-FH-65=0（锥度模式）,F=F0*1-K*1-（D0D

20、1）/(D+D1） 其中F为实际张力，F0为设定张力，D0为卷轴直径，D为实际卷径，D1为FH-59设定的张力锥度补偿修正量，K为张力锥度-FH-09。张力锥度补偿修正量可以延缓张力下降曲率。 开环转矩时：变频内部自动实现；闭环速度摆臂反馈时：模拟输出控制比例阀；闭环速度张力反馈时：内部调整PID目标；Innovation+ Advance张力锥度控制张力锥度控制1、张力锥度系数用于修正卷绕过程中由于卷径变化的张力。2、一般卷曲过程，需要张力随着卷径增大而相应降低，以防止损伤卷轴和 提高产品卷曲效果。3、对于放卷模式，为恒定张力控制。4、张力锥度的公式为：F=F01-K*（1-D0/D）F为实

21、际输出张力，F0为设定张力，K为张力锥度系数，D0为空心卷径，D为当前卷径。.FDF0.D0Innovation+ Advance张力锥度直线（多段）锥度（三段），锥度值的含义为：每增加1000mm卷径，张力下降的百分比（相对于设定张力）FH-64FH-62FH-64锥度（百分值）FH-61FH-63卷径D张力F卷径DInnovation+ Advance汇报大纲汇报大纲MD330产品概况和张力控制基础一MD330闭环速度模式应用三预驱动和张力锥度应用四MD330开环转矩模式应用二开环和闭环应用方案五Innovation+ Advance开环应用案例 根据牵引电机、牵引辊直径、传动比计算最大线

22、速度；根据牵引电机、牵引辊直径、传动比计算最大线速度；根据收卷电机、收卷轴空满轴直径、传动比，计算收根据收卷电机、收卷轴空满轴直径、传动比，计算收卷变频器的最大输出频率、最大设定张力。卷变频器的最大输出频率、最大设定张力。牵引部分：牵引电机牵引部分：牵引电机1440r/min,50Hz，牵引棍直径，牵引棍直径D牵引牵引=210mm=210mm，传动比，传动比I=13.15=13.15（根据（根据n n牵引电机牵引电机1/101/1019/25=n19/25=n牵引棍牵引棍, ,得传动比得传动比I=n=n牵引电机牵引电机/n/n牵引棍）牵引棍）收卷部分：收卷电机收卷部分：收卷电机3.7KW，4极

23、，极，1440r/min,50Hz，传动比传动比=15.9，卷轴空卷卷轴空卷400mm，最大，最大1000mm。Innovation+ Advance计算参考 1. 1. 计算最大线速度：计算最大线速度：3.143.140.210.21（1440/13.151440/13.15）=72.2(m/min)=72.2(m/min)对应参数对应参数FH-28=72；2. 2. 电机额定转矩电机额定转矩T=9550T=9550P(kw)/n=9550P(kw)/n=95503.7/1440=24.5(N.M)3.7/1440=24.5(N.M)3. 3. 根据最小收卷直径计算小卷时的最高频率根据最小收

24、卷直径计算小卷时的最高频率 Vmax=3.14 Vmax=3.14DminDmin(n/I)(n/I)=3.14=3.14(0.4/15.9)(0.4/15.9)(60fmax/2)=72(60fmax/2)=72fmax=30.38Hzfmax=30.38Hz上限频率（上限频率（F0-12），出厂），出厂F0-12=504. 4. 根据收卷轴最大卷径计算所控制线材的最大张力根据收卷轴最大卷径计算所控制线材的最大张力Fmax Fmax= Fmax=（TI I）/Rmax/Rmax=(24.5=(24.515.9)/0.5=779(N),15.9)/0.5=779(N),即即7878公斤，对应公

25、斤，对应FH-05=780NFH-05=780N5. 5. 根据收卷轴最小直径计算所控制线材的最小张力根据收卷轴最小直径计算所控制线材的最小张力FminFmin=Fmin=（5%T TI I）/Rmin/Rmin =(0.05 =(0.0524.524.515.9)/0.2=98(N),15.9)/0.2=98(N),即即1010公斤，公斤，5%5%为变频器的转矩控制精度为变频器的转矩控制精度6. 6. 根据计算的数据分析使用开环转矩的可行性根据计算的数据分析使用开环转矩的可行性所能控制的张力范围必须在所能控制的张力范围必须在FminFF设定设定FmaxFmax，即（，即（10公斤，公斤，78

26、公斤）公斤）Innovation+ Advance系统接线图MD320MD330GNDGNDAO1AI2张力设定COM运行线速度运行卷径复位AI1牵引收卷DI1DI2DI3DI4DI5点动自由停机保留AO1运行频率 1 1. . 当当“转矩禁止转矩禁止”有效时，有效时，MD330工作在闭环矢量速度模式，频率由工作在闭环矢量速度模式，频率由AI1电位器给定；当电位器给定；当“转矩禁止转矩禁止”无效时，工作在开环转矩模式，张力大小也无效时，工作在开环转矩模式，张力大小也通过通过AI1给定；频率设定和张力设定共用同一个电位器。给定；频率设定和张力设定共用同一个电位器。2. “2. “卷径复位卷径复位

27、”只在变频器不运行状态下才能实现卷径复位，即在换卷时将只在变频器不运行状态下才能实现卷径复位，即在换卷时将当前卷径复位到空卷轴的直径。当前卷径复位到空卷轴的直径。3. “3. “AO1”运行频率输出信号控制排线电机的给定频率。运行频率输出信号控制排线电机的给定频率。Innovation+ Advance调试步骤1. 1. 正确输入电机相关参数，进行静止调谐操作。正确输入电机相关参数，进行静止调谐操作。 电机参数调谐完成后，试运行，观察电机运行电流在电机参数调谐完成后，试运行，观察电机运行电流在4.6A左右。左右。2. 2. 正确接好编码器的连线，将正确接好编码器的连线，将F0-01设置为设置为

28、1，将，将F2-11设置为设置为100（编码器每转脉冲数），按下（编码器每转脉冲数），按下RUN运运行键，检查变频器闭环矢量运行是否正常。行键，检查变频器闭环矢量运行是否正常。修改修改F0-08的值，从的值，从5Hz15Hz30Hz50Hz15Hz30Hz50Hz变化，通过操作面板查看电机工作电流，如果电流在变频器额定电流变化，通过操作面板查看电机工作电流，如果电流在变频器额定电流的的50%50%之内，和开环运行电流相差不大，则表示闭环矢量运行正常；如工作电流超过额定电流，或电机运行不起来，则之内，和开环运行电流相差不大，则表示闭环矢量运行正常；如工作电流超过额定电流，或电机运行不起来，则检查

29、编码器的接线是否正确，是否断线，检查编码器的接线是否正确，是否断线，A A相和相和B B相信号是否接反。相信号是否接反。只有编码器闭环矢量运行正常后，才能进行后续的调试工作。只有编码器闭环矢量运行正常后，才能进行后续的调试工作。Innovation+ Advance设定相关功能码序号序号参数类型参数类型数值数值说说 明明9 9F0-02F0-021 1端子控制有效端子控制有效1010F0-03F0-032 2AI1AI1给定给定1111F0-17F0-172 2设置加速时间（根据实际情况设定）设置加速时间（根据实际情况设定）1212F0-18F0-182 2设置减速时间（根据实际情况设定）设置减速时间（根据实际情况设定）1313F4-00F4-001 1DI1DI1设为正转指令设为正转指令1414F4-01F4-013131DI2DI2卷径复位卷径复位1515F4-02F4-024 4DI3DI3点动运行点动运行1616F4-03F4-038 8自由停机自