一. 張力控制變頻收卷在紡織行業(yè)的應(yīng)用
1．傳統(tǒng)收卷裝置的弊端
紡織機械如：漿紗機、漿染聯(lián)合機等設(shè)備都會有收卷的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的收卷都是采用機械傳動，因為機械的同軸傳動對于機械的磨損是非常嚴(yán)重的，據(jù)了解，用于同軸傳動部分的機械平均壽命基本上是一年。而且經(jīng)常要維護(hù)，
維護(hù)的時候也是非常麻煩的,不僅浪費人力而且維護(hù)費用很高,給很多客戶帶來了很多不便。尤其是紡織設(shè)備基本上是開機后不允許中途停車的，如發(fā)生意外情況需要停車會造成很大的浪費。在這種情況下，張力控制變頻收卷開始逐漸取代傳統(tǒng)的機械傳動。
2．張力控制變頻收卷的優(yōu)點
* 張力設(shè)定在人機上設(shè)定，人性化的操作。
* 使用先進(jìn)的控制算法:卷徑的遞歸運算;空心卷徑啟動時張力的線性遞加;張力錐度計算公式的應(yīng)用;轉(zhuǎn)矩補償?shù)膭討B(tài)調(diào)整等等.
* 卷徑的實時計算，精確度非常高，保證收卷電機輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性能好。并且在計算卷徑時加入了卷徑的遞歸運算，在操作失誤的時候，能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值。
* 因為收卷裝置的轉(zhuǎn)動慣量是很大的，卷徑由小變大時。如果操作人員進(jìn)行加速、減速、停車、再啟動時很容易造成爆紗和松紗的現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致紗的質(zhì)量。而進(jìn)行了變頻收卷的改造后，在上述各種情況下，收卷都很穩(wěn)定，張力始終恒定。而且經(jīng)過PLC的處理，在特定的動態(tài)過程，加入一些動態(tài)的調(diào)整措施，使得收卷的性能更好。
* 在傳統(tǒng)機械傳動收卷的基礎(chǔ)上改造成變頻收卷，非常簡便而且造價低，基本上不需對原有機械進(jìn)行改造。改造周期小，基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成。
* 克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長機械的使用壽命。方便維護(hù)設(shè)備。
二. 變頻收卷系統(tǒng)構(gòu)成
1． 系統(tǒng)框圖
2． 變頻收卷的控制原理* 卷徑的計算原理：根據(jù)V1=V2來計算收卷的卷徑。因為V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx.因為在相同的時間內(nèi)由測長輥走過的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt Δn1*C1=i*Δn2*C2(Δn1---單位時間內(nèi)牽引電機運行的圈數(shù)、Δn2---單位時間內(nèi)收卷電機運行的圈數(shù)、C1---測長輥的周長、C2---收卷盤頭的周長、i---減速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i D2=Δn1*D1*i/Δn2,因為Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2---收卷編碼器的線數(shù)). Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即測長輥轉(zhuǎn)一圈,由霍爾開關(guān)產(chǎn)生一個信號接到PLC.那么D2=D1*i*P2/ΔP2,這樣收卷盤頭的卷徑就得到了.
* 收卷的動態(tài)過程分析
要能保證收卷過程的平穩(wěn)性,不論是大卷、小卷、加速、減速、停車、啟動都能保證張力的恒定.需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補償.整個系統(tǒng)要啟動起來,首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,簡稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩,靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在啟動的瞬間起作用;正常運行時要克服滑動摩擦力產(chǎn)生的滑動摩擦轉(zhuǎn)矩,滑動摩擦轉(zhuǎn)矩在運行當(dāng)中一直都存在,并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補償,系統(tǒng)在加速、減速、停車時為克服系統(tǒng)的慣量,也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補償,補償?shù)牧颗c運行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時候,補償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩；克服了這些因素,還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩,通過計算出的時實卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小,經(jīng)過減速比折算到電機軸.這樣就分析出了收卷整個過程的轉(zhuǎn)矩補償?shù)倪^程?？偨Y(jié):電機的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩(啟動瞬間)+滑動摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩.<1>在加速時還要加上加速轉(zhuǎn)矩;<2>在減速時要減去減速轉(zhuǎn)矩.<3>停車時,因為是通過程序控制減速至設(shè)定的最低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補償同減速轉(zhuǎn)矩的處理.
* 轉(zhuǎn)矩的補償標(biāo)準(zhǔn)
(1) 靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補償:因為靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在啟動的瞬間存在,在系統(tǒng)啟動后就消失了.因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補償是以計算后電機輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補償.
(2) 滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補償:滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補償在系統(tǒng)運行的整個過程中都是起作用的.補償?shù)拇笮∫允站黼姍C的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn).補償量的大小與運行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時，要分段進(jìn)行補償。
(3) 加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補償：補償硬一收卷電機的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的補償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。
* 計算當(dāng)中的公式計算
(1) 已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm;線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設(shè)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=π*D*n/i(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/9=>n=1290r/min;
(2) 因為我們知道變頻器工作在低頻時,交流異步電機的特性不好,啟動轉(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.計算如下:
對于四極電機而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min. =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min
當(dāng)達(dá)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(jìn)行限制,否則會出現(xiàn)飛車.因此要限速.
(3) 張力及轉(zhuǎn)矩的計算如下:如果F*D/2=T/i,=>F=2*T*i/D對于22KW的交流電機,其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N.
* 硬件配置
西門子PLC+艾默生TD3300變頻器+HITECH人機
* PLC接線圖
3． 程序的實現(xiàn)
