伺服同步張力控制案例

1、基于臺達機電技術(shù)的同步與張力傳動控制解決方案摘要：本文針對臺達機電關(guān)注的紡織、印染、造紙等重點行業(yè)中經(jīng)典的同步控制、恒張力控制技術(shù)問題，結(jié)合臺達機電產(chǎn)品自身的特點和優(yōu)勢設計了成熟、完善的同步控制和恒張力控制的方案，為長期困擾客戶的核心技術(shù)難點提供成熟、穩(wěn)定、完善的控制方案。不僅對方案本身的控制原理做非常詳細的分析和闡述，同時結(jié)合成功的應用案例進行說明。關(guān)鍵詞：同步傳動恒張力中達機電i引言在傳統(tǒng)的電力拖動領(lǐng)域，同步控制、張力控制是非常經(jīng)典的控制環(huán)節(jié)。同時因為控制對象、工藝要求及控制精度、效果的不同，存在相應的技術(shù)開發(fā)難點。同步控制廣泛的應用于紡織、印染、造紙等行業(yè)，因為這樣的控制要求，出現(xiàn)了例如

2、中達同步控制器這樣的產(chǎn)品。但隨著客戶對設備技術(shù)含量和成本的要求，簡單的利用同步控制器來實現(xiàn)同步控制已越來越不能滿足客戶的要求，用人機、PLC、變頻器、伺服、直流調(diào)速等產(chǎn)品來集成精度更高的同步控制和恒張力控制已經(jīng)成為新的技術(shù)趨勢。臺達機電產(chǎn)品利用自身的特點及較高的性價比能夠為客戶提供成熟、完善的同步和張力控制的方案和系統(tǒng)。2傳統(tǒng)同步控制及張力控制方案1“元金初展強器,收卷前分內(nèi)仃比足燃姚!圖i多級同步與張力控制系統(tǒng)框圖2.1同步控制及張力控制控制原理根據(jù)圖1所示多級同步與張力控制力1圖，整個系統(tǒng)以1單元機架為主，1單元的速度為主給定乘以1通道的同步比快系數(shù)。即Out1=Kd1*Vo（其中Kd1為

3、1通道同步比例系數(shù)，Vo為主給定）。Out2=Kd2*Vo+Kf2*Vf2（Kd2為2通道同步比例系數(shù)，Kf2為2通道反饋比例系數(shù)，Vf2為通道2反州控 7饋信號），同理Out5=Kd5*Vo+Kf5*Vf5（Kd5為5通道同步比例系數(shù)，Kf5為5通道反饋比例系數(shù)，Vf5為通道5反饋信號）。這就是傳統(tǒng)的同步控制饋信號即會有變化，變化的范圍在+5V之間，這樣反饋量乘以反饋系數(shù)，再加上同步比例系數(shù)乘以主給定，所得到的結(jié)果就是總輸出。因此當張力輻偏離平衡位置時，相應的同步控制器的輸出會減小或增大，自動調(diào)整變頻器的頻率，達到動態(tài)的平衡，使得張力根始終在平衡位置附近輕微的擺動，起到同步的效果。張力控制通

4、過張力傳感器實時檢測弓力、通過張力控制器或PLC進行張力的PID運算，這種張力控制的實質(zhì)是通過調(diào)整速差實現(xiàn)張力的動態(tài)恒定。2.2應用領(lǐng)域多級同步與張力控制系統(tǒng)廣泛地應用于紡織、印染、造紙等行業(yè)（染漿聯(lián)合機、印染設備）2.3缺點及不足分析首先，可以看出該系統(tǒng)同步屬于開環(huán)控制，當負載變化較大的時候，電機的轉(zhuǎn)差率會加大，相應張力根會偏離平衡位置。相應電機的速度會發(fā)生變化，如果是對同步的要求非常嚴格的場合，可能會有一定的局限性。同時因為速度給定及反饋都是模擬量信號，而且對于生產(chǎn)線比較長，設備安裝等不可預知的因素，可能會比較容易受到到各種電氣耦合的干擾，造成系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。張力控制采用PID,由于積分的

5、作用，如果積分增益調(diào)整的不好，容易造成系統(tǒng)的振蕩或響應的滯后。對于PID運算的各參數(shù)要求較高。但在要求不是非常高的場合，該系統(tǒng)還是比較穩(wěn)定的，應用也比較廣泛。3基于臺達機電技術(shù)的張力傳動控制解決方案系統(tǒng)。張力輻的同軸安裝一個電位器，電源為+5V電源，當張力根處于中間平衡位置時將電位器的輸出調(diào)整為0V,當張力根偏離平衡位置時，反晶元為B家列強沸器.收卷部分為盯VE系列弼31收圖2硬同步及開環(huán)張力閉環(huán)矢量控制方案表1臺達機電自動化平臺配置名稱區(qū)號個數(shù)備注人機D0P-57GSTD1根據(jù)客戶的具體要求PLCEH系列1具體點數(shù)視情況而定DVP-04DA-H1變頻器B系列*6、VE系列氯視單兀數(shù)和電機功畢

6、而定編碼器6qoncjkon修士免印他控制精度而定溫控DTC1000/DTC2000位具體要求而定PG卡PG04開環(huán)張力閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)設計硬同步及開環(huán)張力閉環(huán)矢量才$制方案框圖參見圖2。系統(tǒng)配置參見表1。為了克服由于負載的變化造成電機轉(zhuǎn)差率變大，電機特性曲線偏軟的缺點，在每個單元的電機后加編碼器反饋，并將編碼器信號接入變頻器，形成閉環(huán)矢量控制。這樣電機的特性曲線會比較硬，能夠有效避免負載小變化時轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的下降。達到硬同步控制的效果。所有單元變頻器的頻率給定方式是通過RS485,這樣不僅省略了同步控制器，同時有效避免了電氣耦合對模擬量信號的干擾。系統(tǒng)運行更加的穩(wěn)定而且成本也較低，控制效果也更

7、好控制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(zhuǎn)換成相應的頻率。由于1單元與2單元之間在機械方面的差異、傳送介質(zhì)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，存在一定的系數(shù)關(guān)系。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系數(shù)關(guān)系。依據(jù)如下的算法處理每兩個單元之間的速度關(guān)系：Vn=Kdn*Vn-1+Kfn*Vn-1整個控制的核心及編程思想?yún)⒁妶DK10CJO+D&02-D302樂數(shù)Ki/K1D00K10CGtDfi04-M304kioao圖3控制核心及編程思想在調(diào)試時需要嚴格的按照步

8、驟進行：主速設定后，通過調(diào)整1單元的比例系數(shù)K(D530),將實際用速度表測出的線速度調(diào)整到與主速設定的一致，即完成了1單元的調(diào)試；同理，其它任意兩單元之間的同步關(guān)系的調(diào)試也是同理。直到每兩單元之間的同步系數(shù)全部確定下來為止。開環(huán)張力閉環(huán)矢量控制原理以及在紡織行業(yè)應用的工藝要求分析(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、并軸機等設備都會有收卷的環(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左右。而且經(jīng)常要維護，維護的時候也是非常麻煩的，不僅浪費人力而且維護費用很高，給客戶帶來了很多的不便。尤其是

9、紡織設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)的機械傳動系統(tǒng)。主速給定D500(2)張力控制變頻收卷的工藝要求旅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。旅啟動小卷時，不能因為張力過大而斷紗；大卷啟動時不能松紗。旅加速、減速、停止的狀態(tài)下也不能有上述情況出現(xiàn)。猥求將張力量化，即能設定張力的大小(力的單位)，能顯示實際卷徑的大小。(3)張力控制變頻收卷的優(yōu)點礫力設定在人機上設定，人性化的操作，單位為力的單位：牛頓。?更用先進的才5制算法：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

10、式的應用；轉(zhuǎn)矩補償?shù)膭討B(tài)調(diào)整等等。能徑的實時計算，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。如果操作人員進行加速、減速、停車、再激活時很容易造成爆紗和松紗的現(xiàn)象，將直接導致紗的質(zhì)量。而進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行改造。改造周期小，基本上兩三天就能

11、安裝調(diào)試完成。說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。張力控制系統(tǒng)設計圖4張力控制系統(tǒng)（1）變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程圖4為張力控制系統(tǒng)設計。卷徑的計算原理根據(jù)V1=V2（線速度）來計算收卷的卷徑。因為V1=31*R1,V2=a2*Rx。（R1-測長輻的半徑、Rx-收卷盤頭的半徑）因為在相同的時間內(nèi)由測長輻走過的紗的長度（L1、L2）與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/At=L2ZAtAn1*C1=An2*C2/i（An+-單位時間內(nèi)牽引電機運行的圈數(shù)、An2-單位時間內(nèi)收卷電機運行的圈數(shù)、C1-測長輻的周長、C2-收卷盤頭的周長、i-減速比）（n1*K*D1=An2*K*D2/i,D2=An1*D1*i/An2,因為An2=AP2/P2（AP2-收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2-收卷編碼器的線數(shù)、D1為測長輻直徑、D2一收卷盤頭卷徑）.An1=AP1/P權(quán)An1=1,即測長輻轉(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/AP2,這樣收卷盤頭的卷徑就得到了。（2）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、激活、停車都能保證張力的恒定.需要進行轉(zhuǎn)矩的補償.整個系統(tǒng)要激活起來，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)矩只在激活的瞬間起作用；正