自動控制系統(tǒng)課程設計(線纜設備恒張力變頻控制)

1、揚州大學水利與能源動力工程學院課程設計報告題 目： 線纜設備恒張力變頻器控制 課 程： 電力拖動自動控制系統(tǒng) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 第 一 部 分任務書電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設計計劃、任務與指導書一、課程設計的目的通過電力拖動自動控制系統(tǒng)的設計，了解一般交直流調速系統(tǒng)設計過程及設計要求，并鞏固交直流調速系統(tǒng)課程的所學內(nèi)容，初步具備設計電力拖動自動控制系統(tǒng)的能力。為今后從事相關技術工作打下必要的基礎。二、課程設計的要求1、熟悉交直流調速系統(tǒng)設計的一般設計原則，設計內(nèi)容以及設計程序的要求。2、掌握控制系統(tǒng)設計制圖的基本規(guī)范，熟練掌握電氣控制部分的新圖標。3、

2、學會收集、分析、運用自動控制系統(tǒng)設計的有關資料和數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨立工作能力、創(chuàng)造能力及綜合運用專業(yè)知識解決實際工程技術問題的能力。三、課程設計的內(nèi)容完成某一給定課題任務，按給出的工藝要求、運用變頻調速對系統(tǒng)進行控制。四、進度安排： 共1.5周本課程設計時間共1.5周，進度安排如下：1、設計準備，熟悉有關設計規(guī)范，熟悉課題設計要求及內(nèi)容。（1.5天）2、分析控制要求、控制原理，設計控制方案。（1.5天）3、繪制控制原理圖、控制流程圖、端子接線圖。（2天）4、編制程序、梯形圖設計、程序調試說明。（1.5天）5、整理圖紙、寫課程設計報告。（1.5天）五、課程設計報告內(nèi)容完成下列課題的課程設計及報告（

3、課題工藝要求由課程設計任務書提供）線纜設備恒張力變頻器控制設計六、參考書1陳伯時主編 電力拖動自動控制系統(tǒng)(第二版), 機械工業(yè)出版社 19922陳伯時, 陳敏遜. 交流調速系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社 19983張燕賓著 SPWM變頻調速應用技術   機械工業(yè)出版社 19974王兆義主編·可編程控制器教程 主編5徐世許主編·可編程控制器教程原理、應用、網(wǎng)絡 主編6 工廠常用電氣設備手冊（第2版）上、下冊 中國電力出版社第 二 部 分課程設計報告目 錄第1章 概述11.1 通用變頻器的基本結構原理11.2 通用變頻器的分類21.3 通用變頻器控制電路的基本功能

4、31.4 關于光電脈沖編碼器4第 2 章 線纜設備恒張力變頻器控制的方案比較與選擇6第 3 章 倒軸機的結構和工作原理73.1 倒軸機的結構7第 4章 倒軸機恒張力控制系統(tǒng)方案的選擇8第5章 系統(tǒng)方案的實施95.1 卷繞裝置的恒線速度控制95.2放卷裝置的恒張力控制105.3放卷裝置和繞卷裝置的控制流程圖125.4 原理接線圖145.5 系統(tǒng)的特點16體會與小結17參考文獻18第1章 概述1.1 通用變頻器的基本結構原理通用變頻器是指能與普通的異步電動機配套使用，能適合于各種不同性質的負載，并具有多種可供選擇功能的變頻器。變頻器的功能就是將頻率、電壓都固定的交流電源變成頻率、電壓都連續(xù)可調的三

5、相交流電源。按照變換環(huán)節(jié)有無直流環(huán)節(jié)可以分為交交變頻器和交直交變頻器。通用變頻器是由主電路和控制電路組成。主電路主要包括整流電路、中間直流電路和逆變電路三部分，其中，中間直流電路又由電源再生單元、限流單元、濾波器、制動電路以及直流電源檢測電路等組成?？刂齐娐分饕芍醒胩幚砥?、數(shù)字信號處理器、A/D 和 D/A 轉換電路、I/O 接口電路、通信接口電路輸出信號檢測電路、數(shù)字操作盤電路以及控制電源等組成。 通用變頻器的基本結構原理如圖1-1所示。由圖可見，通用變頻器由功率主電路和控制電路及操作、顯示三部分組成，主電路包括整流器、直流中間電路、逆變器及檢測部分的傳感器（圖中未畫出）。直流中間電路包括

6、限流電路、濾波電路和制動電路，以及電源再生電路等?？刂齐娐分饕芍骺刂齐娐贰⑿盘枡z測電路、保護電路、控制電源和操作、顯示接口電路等組成。高性能矢量型通用變頻器由于采用了矢量控制方式，在進行矢量控制時需要進行大量的運算，其運算電路中往往還有一個以數(shù)字信號處理器DSP為主的轉矩計算用 CPU及相應的磁通檢測和調節(jié)電路。 通用變頻器的控制方式主要有矢量控制方式、直接轉矩控制方式、PAM、PWM、SPWM 和高頻載波控制方式。 圖1-1 通用變頻器的基本結構原理框圖1.2 通用變頻器的分類通用變頻器按其主電路結構形式有交-交變頻器和交-直-交變頻器兩大類,如果主電路中沒有直流中間環(huán)節(jié)的稱為交-交變頻器

7、,有直流中間環(huán)節(jié)的稱為交-直-交變頻器由。由直流電變?yōu)榭烧{頻、調壓的交流電的變換器稱為逆變器(DC-AC 變換器)。交-直-交變頻器是由整流器(AC-DC 變換器),主要由大容量電容器構成的中間直流儲能電路和逆變器構成;按其工作方式有電壓型變頻器和電流型變頻器;按其逆變器開關方式有 PAM(Pulse Amplitude modulation)控制方式、PWM(Pulse Width modulation)控制方式和高頻載波 SPWM 控制方式三種;按其逆變器控制方式有U/f控制方式、轉差頻率控制方式、矢量控制方式、矢量轉局矩控制方式、直接轉矩控制等;按其功能用途有風機水泵用通用變頻器、恒轉矩

8、通用變頻器、高頻通用變頻器、中頻通用變頻器、專用變頻器和單相變頻器等。 電壓型變頻器的特點是將直流電壓源轉換為交流電源, 在電壓型變頻器中,整流電路產(chǎn)生逆變器所需要的直流電壓, 并通過直流中間電路的電容進行濾波后輸出。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用, 而電壓源輸出的直流電壓在逆變器中被轉換為具有所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中， 由于能量回饋通路是中間直流電路的電容器， 并使直流電壓上升，因此需要設置專用直流單元控制電路，以利于能量回饋和防止換流器件因電壓過高而被破壞。 有時還需要在電源側設置交流電抗器抑制輸入諧波電流的影響。從通用變頻器主回路基本結構來看，大多數(shù)采用圖 1-1

9、所示的結構，即由二極管整流器、直流中間電路、PWM逆變器三部分組成。采用這種電路的通用變頻器的成本較低，易于普及應用， 但存在再生能量回饋和輸入電源產(chǎn)生諧波電流的問題。如果需要將制動時的再生能量回饋給電源，并降低輸入諧波電流，則采用圖 1-2 所示的帶 PWM 變換器的主電路。由于用 IGBT 代替二極管整流器組成三相橋式電路，因此，可讓輸入電流變成正弦波，同時，功率因數(shù)也可以保持為1。這種 PWM 變換控制變頻器不僅可降低諧波電流 ，而且還可以將再生能量高效率地回饋給電源 。 圖1-2 變頻器的基本結構電流型變頻器的特點是將直流電流源轉換為交流電源。其中整流電路給出直3 流電源， 并通過中間

10、直流電路的電抗器進行電流濾波后輸出。整流電路和中間直流電路起電流源的作用，而電流源輸出的支流電流在逆變器中被轉換為具有所需頻率的角落電源，并被分配給個輸出相后提供給異步電動機。在電流型變頻器中，異步電動機定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現(xiàn)的。對于電流型變頻器來說，在異步電動機進行制動的過程中，可以通過將中間直流電路的電壓反向的方式使整流電路變?yōu)槟孀冸娐罚⒇撦d的能量回饋給電源。由于在采用電流控制方式時可以將能量直接回饋給電源，而且在出現(xiàn)負載短路等情況時也容易處理，因此電流型控制方式多用于大容量變頻器。1.3 通用變頻器控制電路的基本功能1 通用變頻器控制電路 通用變頻器控

11、制電路包括主控制電路、運算電路、信號檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路、驅動電路和保護電路幾個部分，在通用變頻器中，全部控制電路裝配在一塊 PCB 電路板上，是通用變頻器的核心部件之一。控制電路的主要作用是將檢測電路得到的各種信號送至中央處理器的運算電路， 使運算電路能夠根據(jù)要求為功率主電路提供必要的驅動信號， 并對變頻器本身以及異步電動機提供必要的保護。此外，控制電路還通過 A/D、D/A 等外部接口電路接收/發(fā)送多種形式的外部信號和系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)， 以便使變頻器能夠和外部設備配合進行各種控制。高性能通用變頻器目前已經(jīng)采用微處理器進行全數(shù)字控制，使硬件電路簡化，控制功能主要靠軟件來完成。由

12、于功能軟件化的特點使數(shù)字控制可以完成模擬控制難以做到的功能。2 通用變頻器的操作面板 通用變頻器的操作面板由鍵盤與顯示屏組合而成，其中鍵盤是供用戶進行菜單選擇、 設定和查詢功能參數(shù)、向機內(nèi)主控制板發(fā)出各種指令的，通過顯示屏可以觀察菜單極其說明、 所設定的功能參數(shù)、查詢運行參數(shù)和故障信息，正常運行時，顯示屏可顯示運行參數(shù)如頻率、 速度、電流等運行參數(shù)的現(xiàn)實值。不同品牌的通用變頻器的面板功能、鍵盤設置、鍵位排列和符號是不一樣的，一般有 8個左右的按鍵，歸納起來，一般新型通用變頻器的操作面板有如下的配置： 工作模式轉換鍵：通用變頻器的基本工作模式（MODE）轉換鍵是用于在鍵盤運行模式下， 切換變頻器

13、工作模式的。常見鍵位符號有運行鍵（RUN 或 START）或正轉鍵(FWD)、反轉鍵(REV)、停止鍵(STOP)、停止/復位鍵(STOP/RESET)、點動鍵(JOG)、設定鍵(FUNC)、設定/數(shù)據(jù)轉換鍵(FUNC/DATA)、編程模式(PRG)等。 數(shù)據(jù)增減鍵：用于菜單選擇、數(shù)據(jù)變更、光標移動、畫面滾動等。常見鍵位符號有：(DOWN)、(UP)、 、 和 等鍵。 讀出、寫入鍵：在編程模式下，用于讀出和寫入數(shù)據(jù)。常見鍵位符號有置位鍵、復位鍵、 數(shù)據(jù)鍵、確認鍵、參數(shù)修改切換鍵等。復位鍵是當通用變頻器因故障而跳閘后，其內(nèi)部控制電路被“封鎖”。當故障修復以后，必須先按復位鍵，才能恢復正常狀態(tài)。

14、數(shù)字鍵：有的通用變頻器配置了“0-9”和小數(shù)點“. ”等數(shù)字鍵，編程時可直接輸入所需數(shù)據(jù)。 顯示屏：通用變頻器的顯示屏主要由 LCD 顯示屏、LED 顯示屏和發(fā)光二極管構成。LCD 顯示屏的主要功能是在編程和運行模式下，顯示功能碼和運行數(shù)據(jù)等信息，如以滾動方式顯示操作信息，以幫助操作者正確操作，顯示數(shù)據(jù)的單位及運行參數(shù)如頻率、速度、電流、電壓、功率、PID值、負載率、溫度參數(shù)等。在故障狀態(tài)下，顯示故障代碼。新型的通用變頻器一般可顯示3行左右的數(shù)字、字母或漢字，有的通用變頻器的參數(shù)以棒圖的形式顯示。 LED 顯示屏一般用 7段LED顯示4位數(shù)字，顯示運行參數(shù)如頻率、速度、及各種需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)等，

15、也可顯示故障代碼。有的也可以顯示控制端的外部接線狀況等。發(fā)光二極管主要用于狀態(tài)顯示，如運行、停止、正轉、反轉、故障等。 3 變頻器的外接控制電路 通用變頻器的外接控制電路主要由如下連接端子組成，主電路、起停、模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入、晶體管輸出、接點輸出、通信接口、頻率輸出、外部控制電源等端子。除主電路連接端子和外部控制電源連接端子外，其它均屬于功能端子，與通用變頻器的相應功能對應。 1.4 關于光電脈沖編碼器 在數(shù)控機床中，光電脈沖編碼器作為速度和位置檢測的元件，故障發(fā)生率較高，外在表現(xiàn)多種多樣，我們在維修實踐中，將有關光電脈沖編碼器的故障給予歸納和分類，使故障更加明確。 1、簡介 首先

16、對光電脈沖編碼器作一下簡介。光電脈沖編碼器可分為增量式和絕對式。所謂增量式即編碼器轉過角度就發(fā)出脈沖，查不出軸處于什么位置，只能記錄得電后的脈沖數(shù)。機床失電后，不能記憶軸的位置。絕對式則能夠記憶軸轉過的角度和空間位置。這依賴于一組或一個備用電池的支持，使機床失電后仍能保持記憶。當然編碼器依據(jù)安裝位置不同又可分為內(nèi)裝式和外裝式，內(nèi)裝式和伺服電動機同軸安裝，外裝式則安裝在傳動鏈末端。編碼器輸出信號通常有兩組相位差90度的方波信號用于辨向，一個零標志位（又稱一轉信號），+5V 電源和接地端。絕對式還有備用電池連接端。 2、故障分類 故障分類如下： （1）編碼器本身故障: 是指編碼器本身元器件出現(xiàn)故障

17、， 導致其不能產(chǎn)生和輸出正確的波形。這種情況下需更換編碼器或維修其內(nèi)部器件。 （2）編碼器連接電纜故障: 這種故障出現(xiàn)的幾率最高，維修中經(jīng)常遇到，應是優(yōu)先考慮的因素。通常為編碼器電纜斷路、短路或接觸不良，這時需更換電纜或接頭。 還應特別注意是否是由于電纜固定不緊，造成松動引起開焊或斷路，這時需卡緊電纜。 （3）編碼器+5V 電源下降: 是指+5V 電源過低，通常不能低于4. 75V，造成過低的原因是供電電源故障或電源傳送電纜阻值偏大而引起損耗，這時需檢修電源或更換電纜。 （4）絕對式編碼器電池電壓下降: 這種故障通常有含義明確的報警， 這時需更換電池， 如果參考點位置記憶丟失，還須執(zhí)行重回參考

18、點操作。 （5）編碼器電纜屏蔽線未接或脫落:這會引入干擾信號，使波形不穩(wěn)定，影響通信的準確性，必須保證屏蔽線可靠的焊接及接地。（6）編碼器安裝松動:這種故障會影響位置控制精度，造成停止和移動中位置偏差量超差，甚至剛一開機即產(chǎn)生伺服系統(tǒng)過載報警，請?zhí)貏e注意。 （7）光柵污染這會使信號輸出幅度下降，必須用脫脂棉沾無水酒精輕輕擦除油污。 第 2 章 線纜設備恒張力變頻器控制的方案比較與選擇在電工機械制造行業(yè)，線纜收放卷設備使用得非常多。為了保障更好的產(chǎn)品質量和效果， 線纜的收放卷設備一般都要求能保持線纜張力的穩(wěn)定。目前市面上有各式各樣的恒張力控制方案，其中最常見的有下列幾種，它們各有優(yōu)缺點。 (1)

19、力矩電機加驅動控制器 (2)磁粉制動器/磁粉離合器張力控制 (3)直接張力閉環(huán)控制 (4)間接張力控制 從以上幾種張力控制方案的比較來看，后三種方案設備投入成本都比較高，且存在維護或調試復雜等問題。而力矩電機的控制方案雖然成本較低，但控制性能差，難以滿足客戶對產(chǎn)品質量日益嚴格的要求。行業(yè)的激烈競爭使得電工機械生產(chǎn)企業(yè)選用恒張力控制系統(tǒng)時所考慮的首要條件是既能保證產(chǎn)品性能，又經(jīng)濟實用。以上幾種方案顯然都不能完全滿足這些要求。 采用通用變頻器是能夠實現(xiàn)的低成本高性價比恒張力控制方案，既能很好滿足電線電纜生產(chǎn)工藝的要求，有效保障產(chǎn)品的質量，又能把設備投入的成本控制在合理水平的控制方案。 本文就將提出

20、兩種只需采用通用變頻器就能夠實現(xiàn)的低成本高性價比恒張力控制方案。 下面以采用通用型變頻器在某電工機械廠的倒軸機上成功實現(xiàn)的同步收放卷恒張力控制系統(tǒng)。 第 3 章 倒軸機的結構和工作原理3.1 倒軸機的結構 該倒軸機的作用是將一種直徑的卷倒換成另一種直徑的卷。它的主要構成包括卷繞裝置和放線裝置，其結構示意圖如圖3-1所示。 圖3-1 倒軸機機構示意圖從圖 3-1中可以看到，卷繞裝置主要包括卷繞電機 M1、收線卷筒和一對用來測速的輥。這對測速用的輥中，上輥可以上下移動，用來將線纜壓在固定的下輥上，以便在線纜運動時能產(chǎn)生磨擦力將拖動下輥旋轉。而下輥則通過與其同軸安裝的脈沖編碼器來檢測線纜的線速度。因

21、為此時編碼器產(chǎn)生的脈沖信號其數(shù)量是與線纜的線速度成正比的。放線裝置通常是放線架，主要包括放卷電機 M2、放線卷筒和擺桿。擺桿的作用相當于位置傳感器，當系統(tǒng)的張力變化會引起擺桿位置偏移，這時擺桿就會帶動尾部的電位器輸出一個模擬信號指示偏移量。為了適應不同材料，通常擺桿上有一個可移動的重錘來調整系統(tǒng)張力。也有用低摩擦氣缸方式實現(xiàn)的。不管哪種方式，都需要在調試時事先整定好。要說明的是，雖然是張力變化導致的擺桿位置變化，但擺桿反映的是位置量而非張力，因為在靜態(tài)的時候擺桿可以在任何位置平衡。在工作過程中，放卷電機 M2 需要隨時緊跟卷繞電機 M1動作，以保證放線速度和卷繞速度一致，保持線纜張力的穩(wěn)定。張

22、力穩(wěn)定時，擺桿將保持在平衡位置。當卷繞速度比放線速度快時，擺桿就會偏離平衡位置向上運動，這時就需要放卷電機 M2 加速運行；反之，當卷繞速度比放線速度慢時，擺桿就會偏離平衡位置向下運動，這時就需要放卷電機 M2減速運行；如果減速到零速時擺桿依然在往下運動，則就要求放卷電機。第 4章 倒軸機恒張力控制系統(tǒng)方案的選擇 從倒軸機的結構及其工作原理可以看出： · 卷繞電機 M1 是主牽引，它的轉速 n1 決定了生產(chǎn)過程中線纜的線速度。與 n1 的關系為： =*D1* n1 4-1 式4-1中，D1 為收線卷筒的直徑。 · 對于放卷電機 M2，它的轉速處于被動跟隨狀態(tài)，只有很好地和電

23、機 M1 同步，才能保證系統(tǒng)張力 F 的穩(wěn)定。另一方面，系統(tǒng)張力 F 的大小取決于放卷電機 M2 的輸出轉矩 T2。 T2 與 F 的關系為： T2=F*D2/2 4-2 上式中， D2 為放線卷筒的直徑。通過控制 M2 的輸出轉矩 T2 可以改變系統(tǒng)的張力 F，這會使擺桿的平衡位置改變。因此擺桿的位置能夠反映系統(tǒng)張力 F 的大小。 從式 4-1和式 4-2可以看到，對于倒軸機系統(tǒng)，要保持工作過程中線纜的張力不變，則必須保證驅動電機的轉速與卷筒直徑成反比，且轉矩的變化與卷筒直徑成正比。而在倒軸機工作過程中，卷筒直徑都是在一直變化著的。因此如果要通過直接控制電機的轉速或轉矩來實現(xiàn)線纜張力的恒定，

24、就必須在線檢測或計算收線卷筒的直徑，這樣就需要增加檢測設備，或進行復雜的計算。而且進行轉矩控制則需要使用矢量型變頻器或改用直流電機，則系統(tǒng)的設備成本必然大幅增加，顯然并不可取?？紤]到倒軸機的卷繞裝置本身利用脈沖編碼器檢測出了系統(tǒng)線速度的信號，如果利用這個信號作為過程量反饋進行閉環(huán)控制，就可實現(xiàn)線纜線速度的恒定，從而間接達到恒定線纜張力的目的。 可見利用這種方法實現(xiàn)恒張力控制，只需要采用能夠接收脈沖反饋信號，可以對線速度參量進行閉環(huán)控制的通用變頻器即可完成。而對于放線裝置，由于其擺桿的位置偏移量能夠反映出系統(tǒng)張力的變化，因此可以直接對擺桿的位置量進行閉環(huán)控制，使擺桿始終穩(wěn)定在平衡位置，這樣也可以

25、間接達到保持張力恒定的目的。這種恒張力控制方法也只需要采用具有過程量閉環(huán)功能，帶內(nèi)置 PI 控制器的通用變頻器就可以實現(xiàn)了。因此，倒軸機的卷繞裝置采用了恒線速度閉環(huán)控制，而放線裝置采用的則是對擺桿位置量的閉環(huán)控制。這兩種方案均是通過間接的方式實現(xiàn)了線纜的恒張力控制，而且都可以只用通用變頻器就能方便地完成。至于變頻器的選擇，一方面需要滿足該系統(tǒng)的需求，另一方面作為機械設備生產(chǎn)廠家，還希望變頻器本身具有高的可靠性和良好的環(huán)境適應能力。選用通用型變頻器 EV1000，主要是因為EV1000 具有以下優(yōu)點：· 將客戶通用需求與客戶個性化需求、行業(yè)性需求有機融合，具有十分豐富的實用功能；

26、83; 采用獨特的控制方式，具有高轉矩、高精度、寬調速驅動等良好控制特性，實現(xiàn)了通用變頻器的高性能化；· 具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘性能和適應惡劣電網(wǎng)、溫度、濕度和粉塵能力，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性。第5章 系統(tǒng)方案的實施5.1 卷繞裝置的恒線速度控制 卷繞裝置主要包括卷繞電機M1、收線卷筒和一對用來測速的輥。這對測速用的輥中，上輥可以上下移動，用來將線纜壓在固定的下輥上，以便在線纜運動時能產(chǎn)生磨擦力將拖動下輥旋轉。 而下輥則通過與其同軸安裝的脈沖編碼器來檢測線纜的線速度。因為此時編碼器產(chǎn)生的脈沖信號其數(shù)量是與線纜的線速度成正比的。放線裝置通常是放線架，主要包括放卷電機 M2、放線卷筒

27、和擺桿。擺桿的作用相當于位置傳感器，當系統(tǒng)的張力變化會引起擺桿位置偏移，這時擺桿就會帶動尾部的電位器輸出一個模擬信號指示偏移量。 為了適應不同材料， 通常擺桿上有一個可移動的重錘來調整系統(tǒng)張力。 需要在調試時事先整定好。 要說明的是， 雖然是張力變化導致的擺桿位置變化， 但擺桿反映的是位置量而非張力， 因為在靜態(tài)的時候擺桿可以在任何位置平衡。 在工作過程中， 放卷電機 M2 需要隨時緊跟卷繞電機 M1 動作， 以保證放線速度和卷繞速度一致， 保持線纜張力的穩(wěn)定。 張力穩(wěn)定時， 擺桿將保持在平衡位置。 當卷繞速度比放線速度快時， 擺桿就會偏離平衡位置向上運動， 這時就需要放卷電機M2 加速運行；

28、 反之， 當卷繞速度比放線速度慢時， 擺桿就會偏離平衡位置向下運動， 這時就需要放卷電機 M2 減速運行； 如果減速到零速時擺桿依然在往下運動， 則就要求放卷電機 M2 自動反轉。根據(jù)前面的分析可知，本系統(tǒng)卷繞裝置線纜的張力恒定是通過對線速度的控制來實現(xiàn)的。所以該卷繞裝置變頻控制系統(tǒng)以線速度作為直接的控制對象，通過閉環(huán) PI 控制使其保持恒定，從而達到線纜張力穩(wěn)定的最終目的。該控制系統(tǒng)的原理圖如圖3-2所示。 圖 5-1 卷繞裝置恒線速度控制系統(tǒng)原理圖 從圖5-1可以看到，由于 EV1000 沒有專門的線速度控制功能，電位器送入的線速度給定信號（ 010V）在變頻器內(nèi)部被換算成轉速信號，脈沖編

29、碼器反饋的脈沖信號也同樣需要被換算為相對應的轉速信號。然后兩個量進行比較，再經(jīng)過內(nèi)置的 PI 調節(jié)，最后輸出相應的控制量改變卷繞電機 M1的轉速 n1，使線纜的線速度迅速穩(wěn)定在給定值。在使用時，電位器直接使用 EV1000 變頻器的 10V DC電源，作為線纜線速度的給定信號。用戶可以根據(jù)需要通過電位器靈活調整所需要的線速度的值。 010V 對應 0最大線速度。該裝置只需要單相編碼器即可。如果安裝的是雙相編碼器，實際使用中只需要接入其中一相的信號。另外，因為 EV1000 本身提供了 24V DC 的電源， 所以編碼器盡量選擇可使用該電源的型號，以進一步降低系統(tǒng)的設備成本。該裝置中控制卷繞電機

30、 M1 的 EV1000 變頻器控制回路接線示意圖如圖5-2所示。 圖 5-2 卷繞電機 M1 變頻器控制回路的接線示意圖5.2放卷裝置的恒張力控制 1放卷裝置和繞卷裝置的控制原理圖 因為放卷裝置中擺桿的位置偏移量能夠反映出系統(tǒng)張力的變化，所以對放卷裝置的張力控制就以擺桿的位置量作為直接的控制對象。放卷裝置控制系統(tǒng)的原理圖如圖5-3所示。 圖 5-3 放卷裝置張力控制系統(tǒng)原理圖放卷裝置的張力控制是通過對擺桿位置量的控制來間接實現(xiàn)的，為了使系統(tǒng)張力恒定，只要讓擺桿一直保持在某一固定的平衡位置即可。通常以擺桿動作范圍的中間位置作為調節(jié)目標。對于本系統(tǒng)，擺桿是以一端為支點，另一端在水平位置的 -90

31、+90°之間擺動，其中間位置為水平位置。因此以擺桿的水平位置作為控制系統(tǒng)的調節(jié)目標，即系統(tǒng)的平衡位置。在使用時，為了滿足不同型號線纜不同生產(chǎn)工藝的要求，在擺桿上有一個可移動的重錘，通過調節(jié)該重錘的位置可以對系統(tǒng)張力進行調整。同時為了更好地保證產(chǎn)品的質量和可靠性，針對這類應用場合，該 EV1000 變頻器開發(fā)了兩種非標功能：PI 控制器的輸出信號為雙極性。 即變頻器在閉環(huán)控制時輸出頻率可以在正值和負值之間變化，電機能夠自動反轉。如本裝置，當張力減小，擺桿低于平衡位置時，放卷電機的速度將降低，如果轉速降到了零，擺桿未能升高到平衡位置，此時變頻器會輸出負極性頻率信號，使放卷電機自動反轉直到

32、擺桿升到平衡位置為止。這樣就能使放卷裝置收放自如，更好地滿足生產(chǎn)工藝和用戶的需要。(2) 有斷線的自動檢測和保護功能。 即在系統(tǒng)工作過程中由于張力過大或其他原因導致線纜斷開，或系統(tǒng)異常失去張力時，變頻器能夠自動檢測和判斷，給出故障信號，并且自動停機。本放卷裝置中擺桿位置是通過擺桿支點處安裝的電位器輸出信號來指示的。該電位器的輸出值與擺桿位置量的對應關系可以調整。 本系統(tǒng)從 EV1000 變頻器取得 10V DC 電源加在電位器兩端，因此擺桿位置量的反饋信號為 010V 的模擬量。為了方便起見，將擺桿在水平位置時電位器的輸出值調整到中間值 5V，放卷裝置控制系統(tǒng)的給定值則通過變頻器面板直接設定為

33、 5V。該系統(tǒng)中變頻器控制回路的接線示意圖如圖5-4所示。 圖 5-4 卷繞電機 M1 變頻器控制回路的接線示意圖5.3放卷裝置和繞卷裝置的控制流程圖 下圖分別為放卷電機和繞卷電機的控制流程圖： 圖5-5 放卷電機控制流程圖 圖5-6 繞卷電機控制流程圖5.4 原理接線圖 主要器材 ： 張力控制專用變頻器EV1000 的主要參數(shù)設定說明： 卷繞部分用 15 kW 交流電機代替 15 kW 直流電機,拆除整流器、 張力滾筒等裝置。 用張力控制專用變頻器控制卷繞電機。 將旋轉編碼器通過聯(lián)軸器與卷繞電機主軸相連,信號反饋線接入張力控制專用變頻器的 X8 端子。旋轉編碼器輸送卷繞電機轉速的脈沖信號,張

34、力控制專用變頻器計算卷徑,進行轉矩補償。 牽引部分用通用變頻器控制牽引交流電機。用 PLC 設定張力,同時控制卷繞變頻器和牽引變頻器,根據(jù)反饋信號,發(fā)出速度指令和轉矩指令,使卷繞和牽引完全達到同步同速,實現(xiàn)恒張力卷繞。 系統(tǒng)的特點: 線速度可以用電位器平滑調節(jié)， 張力也可以通過改變擺桿重錘的位置進行調整； (2) 由于擺桿具有張力貯能功能， 即使張力出現(xiàn)一定幅度的異常波動，也不影響系統(tǒng)的正常工作； (3) 因為 EV1000 變頻器具有雙極性的 PI 調節(jié)器，在張力突然減小，放線裝可以迅速減速甚至于自動反轉回拉，保證了系統(tǒng)的平穩(wěn)運行； (4) 使用這種方案，只需要通用的變頻器就可以方便地完成線纜的恒張力同步收放卷等功能； (5) 當出現(xiàn)斷線或因意外造成系統(tǒng)失去張力時， 變頻器能夠馬上自動檢測出來， 并采取報警、停機等應急措施； (6) 系統(tǒng)結構簡單， 調試便捷， 且設備投入成本低。 5.5 系統(tǒng)的特點(1)線速度可以用電位器平滑調節(jié)，張力也可以通過改變擺桿重錘的位置進行調整；(2) 由于擺桿具有張力貯能功能， 即使張力出現(xiàn)一定幅度的異常波動，也不影響系統(tǒng)的正常工作；(3) 因為 EV1000 變頻器具有雙極性的 PI 調節(jié)器，在張力突然減小，放線裝置可以速減速甚至于自動反轉回拉，保證了系統(tǒng)的平穩(wěn)運行