摘 要：本文主要介紹了張力控製變頻收卷的控製原理，此技術能夠使得在紡織行業中收卷的整個過程很穩定，避免小卷時張力過大；大卷啟動時鬆紗的現象。

關鍵字：變頻收卷 張力控製 閉環矢量 卷徑計算

Abstract: The article introduces the control principle of tension controlled variable frequency. This technology makes the whole winding process stable and avoids the over tension of small winding and loose yam in big rolling.
Key words: Variable frequency winding Tension control Closed loop vector Winding radius calculation

一. 前言 :
　　用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)做(zuo)恒(heng)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)的(de)實(shi)質(zhi)是(shi)閉(bi)環(huan)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)，即(ji)加(jia)編(bian)碼(ma)器(qi)反(fan)饋(kui)。對(dui)收(shou)卷(juan)來(lai)說(shuo)
，收(shou)卷(juan)的(de)卷(juan)經(jing)是(shi)由(you)小(xiao)到(dao)大(da)變(bian)化(hua)的(de)，為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)恒(heng)張(zhang)力(li)

，所(suo)以(yi)要(yao)求(qiu)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)距(ju)要(yao)由(you)小(xiao)到(dao)大(da)變(bian)化(hua)。同(tong)時(shi)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)操(cao)作(zuo)過(guo)程(cheng)，要(yao)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)轉(zhuan)距(ju)補(bu)償(chang)。即(ji)小(xiao)卷(juan)啟(qi)動(dong)的(de)瞬(shun)間(jian)、加速、減速、停車，大卷啟動時

，要在不同卷經時進行不同的轉距補償
，這樣就能使得收卷的整個過程很穩定，避免小卷時張力過大；大卷啟動時鬆紗的現象。

二．張力控製變頻收卷在紡織行業的應用及工藝要求
2.1 傳統收卷裝置的弊端
紡織機械如：漿紗機、漿染聯合機
、bingzhoujidengshebeidouhuiyoushoujuandehuanjie。chuantongdeshoujuandoushicaiyongjixiechuandong，yinweijixiedetongzhouchuandongduiyujixiedemosunshifeichangyanzhongde，julejie，yongyutongzhouchuandongbufendejixiepingjunshoumingjibenshangshiyinianzuoyou。erqiejingchangyaoweihu，weihudeshihouyeshifeichangmafande,不僅浪費人力而且維護費用很高,給gei客ke戶hu帶dai來lai了le很hen多duo的de不bu便bian。尤you其qi是shi紡fang織zhi設she備bei基ji本ben上shang是shi開kai機ji後hou不bu允yun許xu中zhong途tu停ting車che的de，如ru發fa生sheng意yi外wai情qing況kuang需xu要yao停ting車che會hui造zao成cheng很hen大da的de浪lang費fei。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，張zhang力li控kong製zhi變bian頻pin收shou卷juan開kai始shi逐zhu漸jian取qu代dai傳chuan統tong的de機ji械xie傳chuan動dong係xi統tong。
2.2 張力控製變頻收卷的工藝要求
（1）在收卷的整個過程中都保持恒定的張力。張力的單位為：牛頓或公斤力。
（2）在啟動小卷時，不能因為張力過大而斷紗
；大卷啟動時不能鬆紗。
（3）在加速
、減速、停止的狀態下也不能有上述情況出現。
（4）要求將張力量化
，即能設定張力的大小（力的單位）
，能顯示實際卷徑的大小。　　　　2.3 張力控製變頻收卷的優點
（1）張力設定在人機上設定，人性化的操作
，單位為力的單位：牛頓。
（2）使用先進的控製算法：卷徑的遞歸運算；空心卷徑激活時張力的線性遞加
；張力錐度計算公式的應用；轉矩補償的動態調整等等。
（3）卷juan徑jing的de實shi時shi計ji算suan
，精jing確que度du非fei常chang高gao

，保bao證zheng收shou卷juan電dian機ji輸shu出chu轉zhuan矩ju的de平ping滑hua性xing能neng好hao。並bing且qie在zai計ji算suan卷juan徑jing時shi加jia入ru了le卷juan徑jing的de遞di歸gui運yun算suan，在zai操cao作zuo失shi誤wu的de時shi候hou

，能neng自zi己ji糾jiu正zheng卷juan徑jing到dao正zheng確que的de數shu值zhi。
（4）因為收卷裝置的轉動慣量是很大的，卷徑由小變大時。如果操作人員進行加速、減速、停車、zaijihuoshihenrongyizaochengbaoshahesongshadexianxiang，jiangzhijiedaozhishadezhiliang。erjinxinglebianpinshoujuandegaizaohou，zaishangshugezhongqingkuangxia，shoujuandouhenwending
，zhanglishizhonghengding。erqiejingguoPLC的處理
，在特定的動態過程，加入一些動態的調整措施，使得收卷的性能更好。
（5）在(zai)傳(chuan)統(tong)機(ji)械(xie)傳(chuan)動(dong)收(shou)卷(juan)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)改(gai)造(zao)成(cheng)變(bian)頻(pin)收(shou)卷(juan)，非(fei)常(chang)簡(jian)便(bian)而(er)且(qie)造(zao)價(jia)低(di)，基(ji)本(ben)上(shang)不(bu)需(xu)對(dui)原(yuan)有(you)機(ji)械(xie)進(jin)行(xing)改(gai)造(zao)。改(gai)造(zao)周(zhou)期(qi)小(xiao)，基(ji)本(ben)上(shang)兩(liang)三(san)天(tian)就(jiu)能(neng)安(an)裝(zhuang)調(tiao)試(shi)完(wan)成(cheng)。
（6）克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長機械的使用壽命。方便維護設備。


圖1 係統構成及係統框圖

三． 變頻收卷的控製原理及調試過程
3.1 卷徑的計算原理
根據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=Δn2*C2/i(Δn1---單位時間內牽引電機運行的圈數
、Δn2---單位時間內收卷電機運行的圈數、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---收卷編碼器產生的脈衝數
、P2---收卷編碼器的線數)。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即測長輥轉一圈
，由霍爾開關產生一個信號接到PLC。那麼D2=D1*i*P2/ΔP2，這樣收卷盤頭的卷徑就得到了。

3.2收卷的動態過程分析
要能保證收卷過程的平穩性，不論是大卷
、小卷、加速、減速、激活
、停ting車che都dou能neng保bao證zheng張zhang力li的de恒heng定ding。需xu要yao進jin行xing轉zhuan矩ju的de補bu償chang。整zheng個ge係xi統tong要yao激ji活huo起qi來lai，首shou先xian要yao克ke服fu靜jing摩mo擦ca力li所suo產chan生sheng的de轉zhuan矩ju，簡jian稱cheng靜jing摩mo擦ca轉zhuan矩ju

，靜jing摩mo擦ca轉zhuan矩ju隻zhi在zai激ji活huo的de瞬shun間jian起qi作zuo用yong；正常運行時要克服滑動摩擦力產生地滑動摩擦轉矩

，滑動摩擦轉矩在運行當中一直都存在，並且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進行不同大小的補償
，係統在加速

、減速
、停(ting)車(che)時(shi)為(wei)克(ke)服(fu)係(xi)統(tong)的(de)慣(guan)量(liang)
，也(ye)要(yao)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)轉(zhuan)矩(ju)補(bu)償(chang)，補(bu)償(chang)的(de)量(liang)與(yu)運(yun)行(xing)的(de)速(su)度(du)也(ye)有(you)相(xiang)應(ying)的(de)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)。在(zai)不(bu)同(tong)車(che)速(su)的(de)時(shi)候(hou)，補(bu)償(chang)的(de)係(xi)數(shu)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)。即(ji)加(jia)速(su)轉(zhuan)矩(ju)、減速轉矩、停車轉矩、激活轉矩；克服了這些因素
，還要克服負載轉矩
，通過計算出的實時卷徑除以2再乘以設定的張力大小，經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矩補償的過程。總結:電機的輸出轉矩=靜摩擦轉矩(激活瞬間)+滑動摩擦轉矩+負載轉矩。（1）在加速時還要加上加速轉矩；（2）在減速時要減去減速轉矩。（3）停車時，因為是通過程控減速至設定的最低速，所以停車轉矩的補償同減速轉矩的處理。

3.3轉矩的補償標準
（1）靜摩擦轉矩的補償
yinweijingmocazhuanjuzhizaijihuodeshunjiancunzai
，zaixitongjihuohoujiuxiaoshile。yincijingmocazhuanjudebuchangshiyijisuanhoudianjishuchuzhuanjuchengyiyidingdebaifenbijinxingbuchang。
（2）滑動摩擦轉矩的補償
滑(hua)動(dong)摩(mo)擦(ca)轉(zhuan)矩(ju)的(de)補(bu)償(chang)在(zai)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)的(de)整(zheng)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)都(dou)是(shi)起(qi)作(zuo)用(yong)的(de)。補(bu)償(chang)的(de)大(da)小(xiao)以(yi)收(shou)卷(juan)電(dian)機(ji)的(de)額(e)定(ding)轉(zhuan)矩(ju)為(wei)標(biao)準(zhun)。補(bu)償(chang)量(liang)的(de)大(da)小(xiao)與(yu)運(yun)行(xing)的(de)速(su)度(du)有(you)關(guan)係(xi)。所(suo)以(yi)在(zai)程(cheng)序(xu)中(zhong)處(chu)理(li)時(shi)，要(yao)分(fen)段(duan)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。
（4）加減速、停車轉矩的補償
補償硬一收卷電機的額定轉矩為標準
，相應的補償係數應該比較穩定，變化不大。
　　
3.4計算當中的公式計算
(1)已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm；線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設定最大值Fmax=50kg(約等於500牛頓)；減速比i=9

；速度的限製如下:因為:V=π*D*n/i(對於收卷電機)=>收卷電機在空芯卷徑時的轉速是最快的。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,激活轉矩低而且非線性。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製。計算如下:對於四極電機而言其同步轉速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min。 =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min。當達到最大卷徑時,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。張力控製時,要對速度進行限製,否則會出現飛車。因此要限速。
(3)張力及轉矩的計算如下:如果F*D/2=T/I=>F=2*T*i/D對於22KW的交流電機,其額定轉矩的計算如下:T=9550*P/n=>T=140N。m。所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N。(其中P為額定功率,n為額定轉速)。
（4）調試過程：
●先對電機進行自整定，將電機的定子電感
、定子電阻等參數讀入變頻器。
●將編碼器的信號接至變頻器
，並在變頻器上設定編碼器的線數。然後用麵板給定頻率和
啟(qi)停(ting)控(kong)製(zhi)，觀(guan)察(cha)顯(xian)示(shi)的(de)運(yun)行(xing)頻(pin)率(lv)是(shi)否(fou)在(zai)設(she)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)左(zuo)右(you)波(bo)動(dong)。因(yin)為(wei)運(yun)用(yong)死(si)循(xun)環(huan)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)時(shi)

，運(yun)行(xing)頻(pin)率(lv)總(zong)是(shi)在(zai)參(can)考(kao)編(bian)碼(ma)器(qi)反(fan)饋(kui)的(de)速(su)度(du)，最(zui)大(da)限(xian)度(du)的(de)接(jie)近(jin)設(she)定(ding)頻(pin)率(lv)，所(suo)以(yi)運(yun)行(xing)頻(pin)率(lv)是(shi)在(zai)設(she)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)附(fu)近(jin)震(zhen)蕩(dang)的(de)。
●在程序中設定空芯卷徑和最大卷徑的數值。通過前麵卷徑計算的公式算出電機尾部所加編碼器產生的最大脈衝量（P2）和最低脈衝量 ( P2 )。tongguosuanchudezuidamaichongliangduishoujuandianjidesudujinxingxianding
，yinweibianpinqiyongzuozhanglikongzhishi，ruguobuduizuigaosujinxingxianding，yidanchuxianduanshadengqingkuang，shoujuandianjihuifeichede。zuidimaichongliangshiweilebimianshoujuanbianpinqiyunxingzai2Hz以下，因為變頻器在2Hz以下運行時
，電機的轉距特性很差，會出現抖動的現象。
●通過前麵分析的整個收卷的動態過程
，在不同卷徑和不同運行速度的各個階段
，進行一定的轉距補償.補償的大小，可以以電機額定轉距的百分比來設定。
　　
五．真正的張力控製.
5.1 張力控製的定義
所謂的張力控製，通俗點講就是要能控製電機輸出多大的力，即輸出多少牛頓。反應到電機軸即能控製電機的輸出轉距。
5.2 真正的張力控製不同於靠前後兩個動力點的速度差形成張力的係統，靠速度差來調節張力的實質是對張力的PID控製，要加張力傳感器。而且在大小卷啟動
、停止、加速、減速、停車時的調節不可能做到象真正的張力控製的效果，張力不是很穩定。肯定會影響生產出產品的質量。

六．變頻收卷對變頻器性能的要求
（1）變頻收卷的實質是要完成張力控製
，即能控製電機的運行電流，因為三相異步電機的輸出轉距T=CmφmIa
，與電流成正比。並且當負載有突變時能夠保證電機的機械特性曲線比較硬.所以必須用矢量變頻器，而且必須要加編碼器死循環控製。
（1）市場上能進行張力控製變頻收卷的變頻器主要有: 安川、艾默生、倫次等。艾默生TD3300就是一款收放卷專用的變頻器
，台達V+xiliedebianpinqizhengzaituichuzijideshoufangjuanzhuanyongdebianpinqi，zongjieshoufangjuanzhuanyongbianpinqidehenduozhuyaogongnenghecanshubingqiejiarulezijidesuanfa，juyouzijidetedian，jiashangtaidazaiquanguodelianbaofuwunenggoujiejuekehudehouguzhiyou。yinggaishikehubucuodexuanze。

參考文獻（略）

作者簡介：
李強（1978.11-） 男 中達電通股份有限公司高級技術工程師（FAE） 研究方向:向客戶提供自動化解決方案，用組態軟件
、人機、PLC、變頻器、伺服完成係統設計。