圖2硬同步及開環張力閉環矢量控製方案
表1 台達機電自動化平台配置
3.1 開環張力閉環矢量控製係統設計
硬同步及開環張力閉環矢量控製方案框圖參見圖2。係統配置參見表1。
為(wei)了(le)克(ke)服(fu)由(you)於(yu)負(fu)載(zai)的(de)變(bian)化(hua)造(zao)成(cheng)電(dian)機(ji)轉(zhuan)差(cha)率(lv)變(bian)大(da)，電(dian)機(ji)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)偏(pian)軟(ruan)的(de)缺(que)點(dian)，在(zai)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)的(de)電(dian)機(ji)後(hou)加(jia)編(bian)碼(ma)器(qi)反(fan)饋(kui)，並(bing)將(jiang)編(bian)碼(ma)器(qi)信(xin)號(hao)接(jie)入(ru)變(bian)頻(pin)器(qi)，形(xing)成(cheng)閉(bi)環(huan)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)。這(zhe)樣(yang)電(dian)機(ji)的(de)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)會(hui)比(bi)較(jiao)硬(ying)，能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)避(bi)免(mian)負(fu)載(zai)小(xiao)變(bian)化(hua)時(shi)轉(zhuan)速(su)及(ji)轉(zhuan)矩(ju)的(de)下(xia)降(jiang)。達(da)到(dao)硬(ying)同(tong)步(bu)控(kong)製(zhi)的(de)效(xiao)果(guo)。所(suo)有(you)單(dan)元(yuan)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)給(gei)定(ding)方(fang)式(shi)是(shi)通(tong)過(guo)RS485，這樣不僅省略了同步控製器，同時有效避免了電氣耦合對模擬量信號的幹擾。係統運行更加的穩定而且成本也較低，控製效果也更好
3.2 控製算法設計
速度同樣以1單元為主，在人機上設定的一般為線速度，要將線速度轉換成相應的頻率。由於1單元與2單元之間在機械方麵的差異、傳送介質的打滑等因素的存在，勢必決定了1單元變頻器與2單元變頻器的運行頻率不可能完全一致，存在一定的係數關係。同理2單元與3單元、3單元與4單元、4單元與5單元之間、5單元與6單元之間也存在不同的係數關係。依據如下的算法處理每兩個單元之間的速度關係：Vn=Kdn*Vn-1+Kfn*Vn-1。整個控製的核心及編程思想參見圖3。
圖3 控製核心及編程思想
在調試時需要嚴格的按照步驟進行：主速設定後，通過調整1單元的比例係數K（D530），將實際用速度表測出的線速度調整到與主速設定的一致，即完成了1單元的調試；同理，
其它任意兩單元之間的同步關係的調試也是同理。直到每兩單元之間的同步係數全部確定下來為止。
3.3開環張力閉環矢量控製原理以及在紡織行業應用的工藝要求分析
（1）傳統收卷裝置的弊端
紡織機械如：漿紗機、漿染聯合機、並bing軸zhou機ji等deng設she備bei都dou會hui有you收shou卷juan的de環huan節jie。傳chuan統tong的de收shou卷juan都dou是shi采cai用yong機ji械xie傳chuan動dong，因yin為wei機ji械xie的de同tong軸zhou傳chuan動dong對dui於yu機ji械xie的de磨mo損sun是shi非fei常chang嚴yan重zhong的de，據ju了le解jie，用yong於yu同tong軸zhou傳chuan動dong部bu分fen的de機ji械xie平ping均jun壽shou命ming基ji本ben上shang是shi一yi年nian左zuo右you。而er且qie經jing常chang要yao維wei護hu，維wei護hu的de時shi候hou也ye是shi非fei常chang麻ma煩fan的de,不僅浪費人力而且維護費用很高,geikehudailailehenduodebubian。youqishifangzhishebeijibenshangshikaijihoubuyunxuzhongtutingchede，rufashengyiwaiqingkuangxuyaotingchehuizaochenghendadelangfei。zaizhezhongqingkuangxia，zhanglikongzhibianpinshoujuankaishizhujianqudaichuantongdejixiechuandongxitong。
（2）張力控製變頻收卷的工藝要求
・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。
・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。
・在加速、減速、停止的狀態下也不能有上述情況出現。
・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。
（3）張力控製變頻收卷的優點
・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。
・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。
・卷徑的實時計算，精確度非常高，保證收卷電機輸出轉矩的平滑性能好。並且在計算
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值。
・ 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、再激活時很容易造成爆紗和鬆紗的現象，將直接導致紗的質量。
而進行了變頻收卷的改造後，在上述各種情況下，收卷都很穩定，張力始終恒
定。而且經過PLC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。
・ 在傳統機械傳動收卷的基礎上改造成變頻收卷，非常簡便而且造價低，基本
上不需對原有機械進行改造。改造周期小，基本上兩三天就能安裝調試完成。
・克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長機械的使用壽命。方便維護設備。
3.4 張力控製係統設計
圖4 張力控製係統
（1）變頻收卷的控製原理及調試過程
圖4為張力控製係統設計。卷徑的計算原理根據V1=V2（線速度）來計算收卷的卷徑。
因為V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx。（R1-測長輥的半徑、Rx-收卷盤頭的半徑） 因為在相 同的時間內由測長輥走過的紗的長度(L1、L2)與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt èΔn1*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、D1―為測長輥直徑、D2―收卷盤頭卷徑). 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。
（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、停車都能保證張力的恒定.需要進行轉矩的補償.整個係統要激活起來,首先要克服靜摩擦力所產生的轉矩,簡稱靜摩擦轉矩,靜摩擦轉矩隻在激活的瞬間起作用;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、停車時為克服係統的慣量,也要進行相應的轉矩補償,補償的量與運行的速度也有相應的比例關係.在不同車速的時候,補償的係數是不同的。即加速轉矩、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.在加速時還要加上加速轉矩;在減速時要減去減速轉矩.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）轉矩的補償標準
・ 靜摩擦轉矩的補償:因為靜摩擦轉矩隻在激活的瞬間存在,在係統激活後就消失了.因此靜摩擦轉矩的補償是以計算後電機輸出轉矩乘以一定的百分比進行補償.
・ 滑動摩擦轉矩的補償:滑動摩擦轉矩的補償在係統運行的整個過程中都是起作用的.補償的大小以收卷電機的額定轉矩為標準.補償量的大小與運行的速度有關係。所以在程序中處理時，要分段進行補償。
・ 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。
（4）係統計算公式
・ 已知空芯卷徑Dmin=200mm,滿卷卷徑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(V-線速度、D-卷徑、n-轉速，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。
・ 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（f1-為額定頻率、p-為極對數、n1-同步轉速）. =>2HZ/50HZ=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.
・ 張力及轉矩的計算如下:如果F*D/2=T/i（F--張力、D--卷徑、T--轉距、i--減速比）,=>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.（T-電機的額定轉距、P-電機的額定功率、n-為電機的額定轉速）所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N.
（5）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。
・ jiangbianmaqidexinhaojiezhibianpinqi，bingzaibianpinqishangshedingbianmaqidexianshu。ranhouyongmianbangeidingpinlvheqitingkongzhi，guanchaxianshideyunxingpinlvshifouzaishedingpinlvdezuoyoubodong。yinweiyunyongsixunhuanshiliangkongzhishi，yunxingpinlvzongshizaicankaobianmaqifankuidesudu，zuidaxiandudejiejinshedingpinlv，suoyiyunxingpinlvshizaishedingpinlvdefujinzhendangde。
・ 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。
4基於台達機電技術的同步傳動控製解決方案
4.1高精度同步控製方案
對於同步要求精度非常高的場合，如噴塗、印刷、baozhuangdengshebeishangjingchanghuiyudaogaojingdudetongbukongzhi。zhezhongchangheyouyujingdufeichanggao，yinciputongdetiaosuxitongmanzubuleyaoqiu，keyixuanzetaidasifuxitonglaishixian。liyongsifuqudongshangtigongdePG編碼器分周比輸出A、B、Z端子， OA、/OA、OB、/OB、OZ、/OZ即為分頻脈衝輸出端子。可以將該輸出端子接到第二台伺服驅動的SIGN、/SIGN、PULSE、/PULSE輸入端子。如果同步單元超過兩個單元，則同理類推，可以將第二台伺服驅動的PG分周輸出端子接到第三單元的脈衝輸入端子。例如玻璃纖維折紙機、木地板拋光套色等同步傳動應用案例。
4.2伺服追變頻同步方案
圖6伺服追變頻同步控製原理
（1）控製要求
變頻拖動電機帶傳送帶向右移動，傳送帶上有需要定長切的材料，電機後加編碼器，
編碼器的A/B相脈衝接V係列變頻器構成閉環矢量控製，保證電機特性曲線的硬度，另外將A/B相脈衝接進PLC高速計數。同時將A相脈衝接PLC的Y1觸點連接的繼電器的常開觸點。PLC的脈衝輸出觸點Y0接繼電器的常閉觸點。工藝要求如下所述：bianpintuodongchuansongdaishusongyaobeicaiqiedecailiao，sifutuodonggundaolianxuyunzhuan，dangdaodashedingdeyaocaiqiedechangdushi，zhenghaobaozhenggundaoyunxingzhizuididian，jiangcailiaoqieduan。
（2）控製原理
控製原理如圖6所示。設定需要裁切的長度可以轉換成脈衝數。啟動時，Y1沒有輸出，即伺服是通過PLC的Y0觸點發脈衝來驅動，這時讓滾刀快速運轉到上圖的A位置，這時通過PLC的高速計數值與定長轉換後的脈衝數相差很小時，假設滾刀接收到10000個脈衝轉一圈。定長轉換後的脈衝數為5000個脈衝，則啟動時，通過PLC發脈衝快速讓滾刀運行9000個脈衝停在A位置做等待，當高速計數為4000時，開中斷讓Y1輸出，這時伺服由編碼器驅動，同時剩餘1000個脈衝由同樣的頻率走完1000個脈衝，達到同步切的效果。例如染漿聯合機、多單元紗漿機等應用領域。
5 案例圖片
5.1同步控製及張力控製成功案例
（1）染漿聯合機
（2）7單元漿紗機
（3）預縮機 (4)漿點塗層機
（5）玻璃纖維折紙機
5 結束語
同步與張力控製是經典的傳動自動化問題，在紡織、印染、造紙、印刷、線材等多機架連續物料生產製造領域有十分廣泛的工程應用。進入變頻器傳動時代以來，結合PLC的(de)同(tong)步(bu)與(yu)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)成(cheng)為(wei)前(qian)沿(yan)電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)自(zi)動(dong)化(hua)工(gong)程(cheng)集(ji)成(cheng)熱(re)點(dian)。高(gao)新(xin)性(xing)能(neng)的(de)同(tong)步(bu)與(yu)張(zhang)力(li)傳(chuan)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)正(zheng)在(zai)帶(dai)動(dong)著(zhe)眾(zhong)多(duo)行(xing)業(ye)的(de)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)。本(ben)文(wen)結(jie)合(he)台(tai)達(da)機(ji)電(dian)平(ping)台(tai)的(de)技(ji)術(shu)特(te)點(dian)，係(xi)統(tong)討(tao)論(lun)了(le)應(ying)用(yong)新(xin)技(ji)術(shu)為(wei)傳(chuan)統(tong)的(de)傳(chuan)動(dong)自(zi)動(dong)化(hua)提(ti)供(gong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)和(he)取(qu)得(de)的(de)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)業(ye)績(ji)，有(you)深(shen)遠(yuan)的(de)技(ji)術(shu)推(tui)廣(guang)價(jia)值(zhi)。
