速度控制与转矩控制各种方案比较

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简介:本文主要介绍速度控制与转矩控制各种方案比较。

张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成,目前主要应用于冶金,造纸,薄膜,染整,织布,塑胶,线材等设备上,是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统,其作用主要是实现辊间的同步,收卷和放卷的均匀控制。

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,也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。

一、标准变频器与收放卷变频器型号介绍

尤尼康收放卷行业专用变频器,可以进行卷径计算。

AF201仅仅支持速度控制模式,AF202不仅支持速度控制模式,还支持转矩控制模式。

AF200标准产品不能进行卷径计算,收放卷行业专用变频器系列包括了标准产品的主要功能,还有行业特定的功能,可以进行卷径计算,有相应卷径计算功能码做相关设置,比如H0.00、H1.00、H1.24等等功能码。

AF201标准产品仅仅能做一个无速度编码器反馈的矢量控制,比如木工机械、音乐喷泉、扶梯、陶瓷机械、离心机、塑料吹塑机、细微拉丝机、磨床、雕铣机、跑步机、大圆机等等行业应用中。

AF202可以做有速度编码器反馈的闭环矢量速度控制,还能做转矩控制,设置PD.00=1变频器由速度控制模式变为转矩控制模式,这里可以设置P6.21作转矩给定或者张力给定及速度限定。主要应用有:替换力矩电机、皮革机、鱼网编织机、浸胶机等等。

AF201收放卷行业专用变频器只能实现有位置摆杆或者浮动辊的速度控制,比较典型的行业应用是拉丝机速度控制。AF201收放卷行业专用变频器可实现卷径计算、进行PID调节的复合控制模式实现恒定线速度收放卷控制。应用行业主要有:双变频拉丝机、直进式拉丝机、层绕机、动力放线架、复卷机等等。

AF202收放卷行业专用变频器包含了AF201收放卷行业专用变频器的主要功能,不仅能做速度控制,还能做转矩控制,可以实现恒定转矩控制或者恒定张力控制。主要应用行业有:卷纸分切机、复合机、压痕机、涂布机、造纸机械等。

一般的速度控制,采用AF201标准产品的就行了,设备中有张力摆杆或者浮动辊,则采用有卷径计算的专用变频器,即AF201收放卷行业专用变频器就可以达到此行业的控制效果。

如果行业应用中需要卷径计算,我们还得考虑是实现收卷还是实现放卷功能,设置H0.00对应的功能码参数。

二、速度控制与转矩控制各种方案比较

方案1:复合控制模式

我们在速度控制应用场合,在系统中有个张力摆杆或者气动浮辊,这是个很典型的信息,可以用我们的复合控制模式,在速度控制模式下做卷径计算,实现恒定线速度控制。那么进行复合控制实现跟随前级速度且线速度恒定,我们可以通过一个简单的应用来做解释。

这里我们说说速度控制的卷径计算问题:AF201收放卷行业专用变频器张力控制专用说明书HO组功能码是卷径计算的关键功能码。首先要有个前级速度模拟量进入AF201收放卷行业专用变频器AI模拟通道,作为跟随前级速度。卷径大小和频率的关系这里有个公式:线速度(V)∝频率(F)×卷径(D),也就是在收卷生产中,卷径越大,频率越低,从而保持材料线速度恒定。

以上有卷径计算满足线速度恒定,复合控制中的PID调节对线速度的不稳定因素进行微调,从而能更好的达到生产收卷的需求。

方案2:恒转矩控制模式

这里有个计算公式:张力(F)×卷径(D/2)=转矩(T)

采用转矩控制模式,必须设定P0.03=4为矢量控制,PD.00=1为转矩控制模式,由P6.21选择转矩张力指令与速度限定指令通道,比如由AI1给定速度限定指令,由AI2给定转矩控制指令,则设置P6.21=0016。

变频器在收卷皮革应用中,采用恒定转矩控制方式,基本可以满足生产收卷的需求,这种控制方式是变频器最简单的控制方式,只是给定一个转矩,一个速度限定,然后对材料进行收卷生产。

由上面公式可以得到,随着收卷卷径的增大,材料的张力会减小,收卷材料会稍微松点,此时操作工人可以适当扭大转矩(T)给定电位器,需要适时观察材料收卷松紧程度,来调节转矩给定电位器,这样需要操作工人手动控制,在生产中很不方便。所以我们需要做卷径计算,通过我们变频器来调节转矩大小。以下我们介绍方案可以进行卷径计算,使张力保持恒定。

方案3:恒转矩控制模式下的H1.24转矩补偿

计算公式:张力(F)×卷径(D/2)=转矩(T)

此方案是解决方案2存在的问题。当由AI模拟量给定一个转矩量后,电位器给定的转矩就恒定不变了,由上面公式,随着卷径变大,张力会变小,当变频器能够做卷径计算,随着计算卷径变大,变频器内部会自动增大转矩给定,那么此时收卷材料张力就会保持不变。这里AI给定的转矩量(T)不变,由变频器内部增大转矩(T)给定量。

生产过程中,收卷卷径越来越大,给定的转矩也要相应变大,必须设置H1.24为某一参数值,H1.24为转矩控制下的卷径张力系数,修正后转矩给定量=修正前转矩给定量×(1+H1.24×(当前卷径H0.11/空卷卷径-1)),相当于此公式:张力(F)×卷径(D/)=(1+K)转矩(T),对转矩(T)进行了修正。补偿随着卷径增大而增大的扭矩。

方案4:恒张力控制模式

说此方案之前我们先做个比较:恒转矩与恒张力。首先设置PD.00=1为转矩控制模式,如果设置H1.00=0时,模拟量给定值为转矩量(T),如果设置 H1.00=1时,模拟量给定值为张力(F)。前面两个方案,我们都采用模拟量给定转矩(T)控制方案,方案4我们由模拟量给定恒定张力(F)。

在方案3中我们通过设置H1.24张力系数来实现材料恒定张力的控制,模拟量给定的是转矩(T)。方案4我们设置H1.00=1,由模拟量给定张力(F),随着卷径增大,变频器自动调节转矩变大,实现恒定张力控制。P6.21=0048,4为张力设定,8为速度限定。

设置以上数据后,可以实现生产收放卷时,恒定张力的控制。方案4是我们做收放卷控制时的最高级调节方式,包括了收放卷行业的很多应用。

三、注意事项:

在做复合速度控制、恒转矩控制、恒张力控制时,要实现线速度或张力恒定,卷径计算。是非常重要的,卷径计算错误,也就没法达到所需控制效果。

在默认的线速度计算卷径模式下,做卷径计算要求有前级线速度

1) 复合速度控制时,前级速度作为主给定设置P0.04=1;

2) 恒转矩控制模式下的H1.24转矩补偿制时,P6.21分别为0016,均由AI1作速度限定,AI2作转矩给定,AI3作线速度给定,还要设置P0.04=3,由AI3给定前级线速度,才能进行卷径计算。

3) 恒张力控制时,P6.21分别为0048,由AI2确定张力给定,AI1即作为速度限定也作为线速度给定,才能进行卷径计算。

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