中船重工718所  馬洪
1、  引言
    卷取是一種常見的控製係統，廣泛應用於造紙
、印刷、染織等生產過程中的後續工作，以製成半成品或成品卷筒物。卷取的方式常見的有2種:摩擦卷取和中心卷取。前者對機械的要求複雜，而且卷取的效果受摩擦輥的影響很大
，包括物料的光澤度、端麵情況、songjindudengdouhuizaijuanqugongyizhongbiancha。houzhezaijixiechengdushanghenjiandan，juanqushizhishoudaozizhongdeyingxiang
，juanqudexiaoguoziranhaoxuduo，ranerchangqiyilaizhongxinjuanqudekongzhixitongzhinengzaizhiliukongzhihuocifenkongzhierzhezhongjinxingxuanze，kongzhidechengbenhennanjiangdi。ruhejiangdishoujuanxitongdekongzhichengbenne？henduorendouhuixiangdaojiaoliubianpinqi
，dequejiaoliubianpintiaosujishuyiqizhuoyuedetiaosuxingneng


、顯(xian)著(zhu)的(de)節(jie)電(dian)以(yi)及(ji)在(zai)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)領(ling)域(yu)的(de)廣(guang)泛(fan)適(shi)用(yong)性(xing)

，而(er)被(bei)公(gong)認(ren)為(wei)是(shi)一(yi)種(zhong)最(zui)有(you)前(qian)途(tu)的(de)調(tiao)速(su)方(fang)式(shi)。直(zhi)流(liu)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)在(zai)電(dian)機(ji)傳(chuan)動(dong)的(de)發(fa)展(zhan)史(shi)上(shang)占(zhan)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)地(di)位(wei)
，但(dan)由(you)於(yu)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)存(cun)在(zai)維(wei)護(hu)難(nan)、抗環境能力差等原因，到了目前已嚴重製約了設備整機的性能價格比。而變頻調速技術能最大程度上發揮了交流電機本身固有的優點(結構簡單、堅固耐用、經濟可靠
、動態響應好等)
，再加上變頻調速理論業已形成一門相對獨立的學科，變頻調速技術的全麵應用時代已經到來。
2
、  分紗落筒機中心放卷的變頻控製
     分紗落筒機是針織牛仔
、牛仔麵料或牛仔繡花生產中的關鍵設備。白色紗線經過靛藍染色，形成的束狀紗線，經過分紗整經機整經，退繞在7―8個軸盤上，每盤上形成片狀40-50根的紗線

，分紗落筒機就是將每盤上形成片狀40-50根的紗線，以放卷形式單根地均勻地卷繞成40-50個筒子紗。因為有以下幾個原因：1紗線張力非常小

，由其是單根紗線張力。2退繞軸盤在滿軸時半徑很大
，大約在800mm-1000mm。3退tui繞rao軸zhou盤pan加jia上shang紗sha線xian的de重zhong量liang很hen大da，它ta動dong態tai慣guan性xing和he靜jing態tai慣guan性xing較jiao大da。所suo以yi在zai中zhong心xin放fang卷juan的de過guo程cheng中zhong，隨sui著zhe卷juan徑jing的de不bu斷duan減jian小xiao，放fang卷juan電dian機ji的de速su度du必bi須xu不bu斷duan增zeng大da，同tong時shi又you要yao保bao證zheng的de紗sha線xian張zhang力li相xiang對dui平ping穩wen
，由you其qi是shi加jia減jian速su的de過guo程cheng中zhong
，以yi防fang止zhi紗sha線xian的de纏chan繞rao或huo繃beng斷duan。對dui於yu放fang卷juan係xi統tong而er言yan
，進jin行xing張zhang力li控kong製zhi是shi核he心xin技ji術shu
，也ye是shi變bian頻pin調tiao速su的de難nan點dian。目mu前qian，在zai中zhong心xin卷juan取qu中zhong最zui常chang用yong的de是shi以yi下xia2種控製方式:
(1)
、速度控製卷取(SPW)
，用PID通過測力傳感器的張力反饋
，或調節輥的位置反饋，
來修正速度給定;
(2)
、電流控製卷取(CPW)，用PID調節張力給定，這一類型的控製一般是開環的。
對如此複雜的張力控製係統，變頻技術必須能克服以下4個技術問題:
(1)、將複雜的交流異步電機的數學模型簡單化;
(2)、考慮到張力反饋信號的延後和超調;
(3)
、將卷繞張力控製過程的動態參數描述成時變函數;
(4)、保證張力或轉矩閉環的抗波動能力高和即時調節性好。
    通常情況下
，具有張力控製的變頻控製係統，是建立在對變頻器、電機和張力對象的數學模型研究的基礎上，它包括Ud/Id之間的傳遞函數
、Id/M之間的傳遞函數、轉矩M～轉速n之間的傳遞函數
、控製電壓Uk～變頻器輸出電壓Ud之間的傳遞函數
、物料張力的動態數學模型。在一般情況下，張力專用的變頻器由直徑、轉矩補償和速度計算等模塊組成。
3、  TD3300變頻器的收放卷控製功能 
    TD3300張力控製專用變頻器是艾默生網絡能源有限公司的最新產品，它具有TD3000矢量變頻器的所有高性能
，同時又可實現張力閉環控製和張力開環控製，以滿足各種卷取和放卷要求。    
A：(1)各種卷徑的計算，包括線速度計算、繞圈計算、模擬設定
、上位機給定等;(2)卷徑模擬輸出，實現人機友好交互功能;(3)多種線速度測量方式，包括脈衝輸入、模擬輸入、數字輸入等;(4)實現張力錐度的設定;(5)實現轉矩補償的功能
，如彎曲力矩補償、靜態力矩補償、慣性力矩補償等;(6)具有自動換卷邏輯功能，實現在線換卷功能。
B：TD3300張力控製變頻器的4種張力控製方式
  (1)張力閉環控製(需要張力傳感器
、增加成本
、控製精度最高);
(2)間接張力控製一(需要卷徑傳感器、增加成本、控製精度較高);
(3)間接張力控製二(成本較低、控製精度較高);
(4)間接張力控製三(成本較低、控製精度差)。
    此四種方案的配置主要是考慮係統的張力控製精度要求、係統的成本要求等，用戶可以根據實際情況決定采用哪種張力控製方式。
C：4種張力控製原理和應用
   (1)、張力閉環控製 
    對(dui)於(yu)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)的(de)場(chang)合(he)，如(ru)軋(zha)卷(juan)染(ran)色(se)機(ji)，它(ta)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)張(zhang)力(li)檢(jian)測(ce)輥(gun)的(de)輸(shu)出(chu)張(zhang)力(li)信(xin)號(hao)來(lai)構(gou)成(cheng)張(zhang)力(li)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)，對(dui)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)來(lai)說(shuo)采(cai)用(yong)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)和(he)PID
閉環控製。
(2)、間接張力控製一 tatongguojuanjingchuanganqiceliangdejuanjingmonixinhaojinrubianpinqidemonishurukou，erbianpinqizegenjuceliangdejuanjingjinxingzhanglikongzhi。zheli，juanjingshitongguoceliangerbushitongguojisuanerde，yincizhanglikongzhidejingduxiangduijiaogao。fenshazhitongjijiucaiyongzhezhongfangshi。
(3)、間接張力控製二  在線速度可以檢測的場合，可以采用此法

，通過檢測到的線速度及電機角速度計算卷徑

，從而控製張力。通常應用在如幹式複合機、拉幅定型機
、漿紗機等收卷係統中。
(4)
、間接張力控製三  
    當對張力的控製精度要求不高，卷繞材料的厚度已知且變化不頻繁的情況下，可以采用厚度累積法計算卷徑
，實現間接張力控製。 
4
、 係統方案介紹
    本係統中選用了經濟而實用的間接張力控製一：即張力閉環控製方案1（速度模式） （F3.06=1）
，通過調節電機轉速達到張力恒定。采用此模式。同步匹配頻率指令的計算
方程式：Ｆ＝(v×p×i)／(π×D) 。
    首先由紗線的線速度和紗軸的當前卷徑實時計算出同步匹配頻率指令
，然後通過張力檢測裝置反饋的張力信號（F7.02反饋量輸入通道選擇），以張力設定值（F8.01=0 數字設定）構成PID閉環，調整變頻器的頻率指令。紗線線速度由前一級線速度檢測模塊獲得

，即送紗輥電機的線速度
，通過AI1口進入變頻器TD3300，卷徑應選用外部卷徑傳感器
，卷徑信號通過模擬輸入口AI2輸入
，模擬輸入對應0~最大卷徑（F8.09）。在此方案中，保證比較準確的同步匹配頻率指令可以減少PID調節器的調節量
，使係統更穩定，也就是線速度的檢測的正確性比較重要。
    由於我們對TD3300張力控製專用的矢量型變頻器的深刻了解和認識，結合我們在紡織專業上的豐富經驗,使分紗落筒機放卷係統的設計非常成功

，車速可達350-450m/min,而er且qie係xi統tong非fei常chang穩wen定ding可ke靠kao。目mu前qian已yi為wei廠chang家jia生sheng產chan二er十shi餘yu套tao
，該gai設she備bei已yi成cheng為wei廠chang家jia生sheng產chan針zhen織zhi牛niu仔zai紗sha，靛dian藍lan關guan鍵jian繡xiu花hua紗sha的de關guan鍵jian設she備bei，該gai設she備bei為wei廠chang家jia創chuang造zao了le巨ju大da的de產chan品pin附fu加jia值zhi。非fei常chang值zhi得de在zai紡fang織zhi行xing業ye推tui廣guang應ying用yong。
係統應用圖如下所示：