關(guān)鍵詞： 矢量控制 同步控制 張力收卷 1 引言 在金屬加工生產(chǎn)所選用的控制系統(tǒng)中，直流控制系統(tǒng)憑借其轉(zhuǎn)矩特性硬、調(diào)速范圍廣等優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)了絕大部分市場(chǎng)，但直流控制系統(tǒng)也存在以下一些弱點(diǎn):一次性投入大，設(shè)備維護(hù)的工作量多，對(duì)維護(hù)人員的素質(zhì)要求高等等。很多小型企業(yè)常因自身技術(shù)力量不足或備件供應(yīng)等原因而影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 由匯川高性能矢量控制變頻器加普通異步電機(jī)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，除了具備直流控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還降低了設(shè)備的初期投資成本，降低了工廠的電能損耗，使設(shè)備變得操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，從而為客戶創(chuàng)造了價(jià)值，進(jìn)而獲得了該領(lǐng)域內(nèi)越來(lái)越大的發(fā)展空間。 2 鍍鋅生產(chǎn)工藝 通常由鋼鐵廠生產(chǎn)出來(lái)的熱軋鋼板銷售到鍍鋅板廠后要經(jīng)過(guò)下面幾道工序處理:酸洗、冷軋、退火、鍍鋅。鍍鋅生產(chǎn)線的工藝流程如圖1所示。 一般來(lái)說(shuō)從“表面處理”到“收卷”的過(guò)程中，生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)有以下基本要求: （1） 系統(tǒng)的同步性要求較高，否則會(huì)出現(xiàn)拉斷板材的現(xiàn)象; （2） 系統(tǒng)的響應(yīng)特性要快; （3） 材料表面的張力大小可由控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 以往是通過(guò)直流控制系統(tǒng)來(lái)滿足生產(chǎn)工藝的這些要求的。 3 變頻器應(yīng)用在鍍鋅生產(chǎn)線上的控制方案 從“表面處理”到“收卷”的工藝過(guò)程如圖2所示。 圖2中“牽引1”、“牽引2”、“牽引3”、“收卷”都采用變頻器加普通異步電機(jī)來(lái)控制，下面簡(jiǎn)要介紹變頻控制方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程: 牽引變頻器1、牽引變頻器3工作在開(kāi)環(huán)矢量控制狀態(tài)下，決定整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行速度，兩個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的速度通過(guò)一個(gè)主動(dòng)，一個(gè)從動(dòng)來(lái)保證兩點(diǎn)線速度基本一致，依靠活套的“存儲(chǔ)”功能來(lái)平衡同步的要求。 牽引變頻器2工作在轉(zhuǎn)矩控制模式下，獨(dú)立運(yùn)行，模擬電位器信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)，保證牽引1和牽引2之間的張力根據(jù)用戶的要求，可隨意設(shè)定。 收卷部分采用帶卷徑計(jì)算功能的MD330變頻器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，保證牽引3和收卷之間的張力控制要求。 牽引變頻器1和牽引變頻器3采用開(kāi)環(huán)矢量的控制方式，牽引變頻器2、收卷變頻器采用帶編碼器閉環(huán)反饋的閉環(huán)矢量控制方式。 變頻器控制原理框圖如圖3所示。 4 “牽引變頻器2”轉(zhuǎn)矩控制調(diào)試方法 （1） 在電機(jī)上不帶負(fù)載的情況下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 在電機(jī)上不帶負(fù)載的情況下，正確輸入電機(jī)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行調(diào)諧操作，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。 表1 在電機(jī)上不帶負(fù)載的情況下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 序號(hào) 參數(shù)類型 數(shù)值 說(shuō)明 1 F1——01 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定功率 2 F1——02 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定電壓 3 F1——03 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定電流 4 F1——04 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定頻率 5 F1——05 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 6 F1——11 2 將該參數(shù)設(shè)為2后，按下RUN 運(yùn)行鍵，進(jìn)行電機(jī)完整調(diào)諧 調(diào)諧完畢后，按下RUN運(yùn)行鍵，通過(guò)操作面板查看電機(jī)工作電流，檢查變頻器開(kāi)環(huán)矢量控制運(yùn)行是否正常（變頻器出廠設(shè)置為變頻器開(kāi)環(huán)矢量控制運(yùn)行）; （2） 正確接好編碼器的連線 將F0-02設(shè)置為1，正確輸入編碼器脈沖數(shù)（由F2-11設(shè)定），按下RUN運(yùn)行鍵，檢查變頻器閉環(huán)矢量運(yùn)行是否正常。通過(guò)操作面板查看電機(jī)在高速和低速情況下的工作電流，如工作電流超過(guò)額定電流，或電機(jī)運(yùn)行不起來(lái)，則檢查編碼器的接線是否正確，A相和B相的信號(hào)線是否接反，編碼器與電機(jī)轉(zhuǎn)軸是否同心，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表2所示。 （3） 閉環(huán)矢量運(yùn)行正常后的其它功能參數(shù)設(shè)置 閉環(huán)矢量運(yùn)行正常后，再設(shè)置其它功能參數(shù)，如表3所示。 表3 其它功能參數(shù)設(shè)置 序號(hào) 參數(shù)類型 數(shù)值 說(shuō)明 10 F0——02 1 端子控制有效 11 F0-17 8 設(shè)置加速時(shí)間（根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定） 12 F0-18 8 設(shè)置減速時(shí)間（根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定） 13 F2-08 1 轉(zhuǎn)矩控制有效 14 F2-09 1 轉(zhuǎn)矩上限源AI1 15 F4-00 1 DI1設(shè)為正轉(zhuǎn)指令 16 F4-01 4 DI2設(shè)為點(diǎn)動(dòng)信號(hào) 17 F4-02 9 DI3設(shè)為故障復(fù)位 18 F7-02 2 STOP鍵復(fù)位功能有效 5 收卷變頻器恒張力控制調(diào)試方法 根據(jù)上述方法完成變頻器閉環(huán)矢量的調(diào)試工作后，再進(jìn)行張力調(diào)試，張力控制參數(shù)設(shè)置如表4所示。 表4 張力控制參數(shù)設(shè)置 序號(hào) 參數(shù)類型 數(shù)值 說(shuō)明 1 FH-00 1 開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式 2 FH-01 0 收卷控制 3 FH-03 計(jì)算值 機(jī)械傳動(dòng)比 4 FH-04 2 AI2為張力給定電位器信號(hào) 5 FH-06 計(jì)算值 最大張力 6 FH-07 10% 零速?gòu)埩μ嵘鶕?jù)實(shí)際情況設(shè)置。 7 FH-09 20% 張力錐度 FH-10 0 通過(guò)線速度計(jì)算卷徑 8 FH-11 實(shí)際值 最大卷徑 9 FH-12 實(shí)際值 卷軸直徑 10 FH-13 0 初始卷徑源由FH-12～FH-15設(shè)定 11 FH-27 1 線速度輸入信號(hào)選擇AI1，由前一 級(jí)變頻器的AO輸出; 12 FH-28 計(jì)算值 最大線速度 13 FH-33 1000 機(jī)械慣量補(bǔ)償系數(shù) 14 FH-34 7800 材料密度 15 FH-35 1000 材料寬度 16 FH-36 8% 機(jī)械摩擦系數(shù)補(bǔ)償 6 調(diào)試說(shuō)明 （1） 轉(zhuǎn)矩控制模式是指變頻器控制的是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不是頻率，輸出頻率是跟隨牽引電動(dòng)機(jī)的速度而自動(dòng)變化。 （2） 根據(jù)公式F=T/R（其中F為材料張力，T為收卷軸的扭矩，R為收卷的半徑），可看出，如果能根據(jù)卷徑的變化調(diào)整收卷軸的轉(zhuǎn)矩，就可以控制材料上的張力，這就是開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩模式控制張力的依據(jù)。 （3） MD系列變頻器在閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）下可以準(zhǔn)確地控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，使用這種控制模式，必須加裝編碼器（變頻器要配PG卡）。 （4） 在實(shí)際使用中張力的設(shè)定值應(yīng)與所用材料、卷曲成型的要求等實(shí)際情況相對(duì)應(yīng)，需由使用者設(shè)定。張力錐度可以控制張力隨卷徑增加而遞減，用于改善收卷成型的效果。 （5） 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩在加減速時(shí)，有一部分要用來(lái)克服收卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，變頻器中關(guān)于慣量補(bǔ)償部分可以通過(guò)適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置自動(dòng)地根據(jù)加減速速率進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，使系統(tǒng)在加減速過(guò)程中仍獲得穩(wěn)定的張力。摩擦補(bǔ)償可以克服系統(tǒng)阻力對(duì)張力產(chǎn)生的影響。 （6） 牽引1電機(jī)和牽引3電機(jī)長(zhǎng)期工作在發(fā)電狀態(tài)，牽引1變頻器和牽引3變頻器必須加裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來(lái)消耗由電機(jī)回饋回來(lái)的能量，否則變頻器直流母線上的電壓會(huì)超過(guò)變頻器限定的電壓范圍而報(bào)警停機(jī)。 7 結(jié)束語(yǔ) 采用變頻控制方案代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流驅(qū)動(dòng)控制方案，使控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，調(diào)試非常方便、快捷，控制性能完全能夠滿足工藝要求，降低了用戶的投資成本，減少了設(shè)備的維護(hù)量，降低了電能損耗，深受用戶的好評(píng)。