艾默生TD3300變頻器在表面處理生產(chǎn)線中的應(yīng)用分析研究 電子通信工程專業(yè)

艾默生TD3300變頻器在表面處理生產(chǎn)線中的應(yīng)用表面處理生產(chǎn)線是對(duì)布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學(xué)材料的過(guò)程，整條生產(chǎn)線都使用的是艾默生的TD3000系列變頻器，在生產(chǎn)線的最后環(huán)節(jié)－收卷，使用的是艾默生TD3300變頻器。生產(chǎn)線的后半段環(huán)節(jié)工藝圖（牽引三和收卷一、二）如圖1所示：

1、牽引三的變頻器為TD30005.5KW，控制4KW電機(jī)，減速比為35，牽引輥為300mm；

2、收卷一、二為TD330011KW變頻器，控制11KW電機(jī)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為70N.m，Ie＝24.8A，兩臺(tái)收卷電機(jī)輪流工作；

3、收卷?xiàng)l件：

4、卷徑變化范圍：216～1500mm

張力變化：200?！?800牛

減速比：43

按照以上要求，計(jì)算出收卷時(shí)需要最小轉(zhuǎn)矩為：

Tmin＝Dmin×Fmin/（i×1000）＝216×200÷43÷1000＝1，

變頻器輸出轉(zhuǎn)矩為：1/70＝1.45％，

最大時(shí)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩為：Tmax＝Dmax×Fmax/i/Tn＝89.7％；

按照計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)矩變化，范圍大，而且在最小轉(zhuǎn)矩時(shí)，所需轉(zhuǎn)矩太小，而TD3300變頻器，作開(kāi)環(huán)張力控制時(shí)，實(shí)際上是轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)矩控制的精度比矢量變頻器的速度控制要低得多，我們的變頻器要求轉(zhuǎn)矩最小輸出達(dá)到10％以上，而且要求Tmax/Tmin最好小于7，從這一方面考慮，使用開(kāi)環(huán)張力控制很難實(shí)現(xiàn)這種工況下的控制。綜合分析現(xiàn)場(chǎng)的工況，因無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，由于還裝有一個(gè)張力傳感器，可以考慮作速度模式下的張力閉環(huán)控制。

二、方案修改

修改后的方案如下圖2所示：

速度模式下的張力閉環(huán)控制，為矢量變頻器普通速度模式下作PID閉環(huán)控制，頻率指令由PID輸出調(diào)節(jié)量和同步匹配指令疊加構(gòu)成，在此方案中，避免了因轉(zhuǎn)矩變化范圍過(guò)大而無(wú)法控制的局面，同時(shí)，由于頻率指令由同步匹配指令和PID調(diào)節(jié)輸出疊加，可以減少PID的調(diào)節(jié)量。

同步匹配頻率指令的計(jì)算方程式：

f＝（V×p×i）/（D×π）

V－材料線速度

P－電機(jī)極對(duì)數(shù)

i－機(jī)械傳動(dòng)比

D－卷筒的卷徑

變頻器的運(yùn)行頻率：

f1＝f＋△f

△f為PID調(diào)節(jié)輸出量

卷徑計(jì)算：厚度積分法

根據(jù)材料的厚度按照卷筒旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)進(jìn)行卷徑累加（收卷）或遞減（放卷），因每層只有一圈，設(shè)定每層圈數(shù)為1，計(jì)圈的方法通過(guò)編碼器（PG）獲得，材料變化時(shí)，通過(guò)總線通訊由觸摸屏直接修改材料厚度參數(shù)。

線速度信號(hào)：

通過(guò)前級(jí)牽引艾默生TD3000變頻器的AO1模擬端子輸出信號(hào)給艾默生TD3300變頻器的AI2模擬輸入端子，調(diào)整AO1的增益和零偏，保證模擬量和線速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

三、調(diào)試過(guò)程

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)接線完畢后，開(kāi)始調(diào)試過(guò)程。

1、張力反饋裝置的調(diào)整：

測(cè)試張力傳感器的曲線，在調(diào)整之前，其傳感器的輸出范圍0～2V，對(duì)應(yīng)張力為0～2000N，考慮到其變化范圍太小，不好控制，聯(lián)系三菱公司的技術(shù)人員對(duì)傳感器做了一定的調(diào)整。主要是擴(kuò)大輸出范圍為0～10V對(duì)應(yīng)0～2000N。

2、線速度信號(hào)一致性的調(diào)整：

計(jì)算最大線速度：

Lmax＝N×D×π/（i×60）＝1470×0.3×3.14/（35×60）＝40米/秒

艾默生TD3300變頻器設(shè)置：FC.03=40最大線速度

艾默生TD3000變頻器設(shè)置：F6.08=0運(yùn)行頻率輸出

F6.10=－1.00％AO1零偏

F6.11=1.1AO1增益

適當(dāng)調(diào)整艾默生TD3000變頻器的AO1輸出零偏和增益，保證艾默生TD3000變頻器運(yùn)行在50HZ時(shí)，

其AO1端子輸出為20mA，通過(guò)艾默生TD3300變頻器AI2顯示為10V，在零頻運(yùn)行時(shí)，艾默生TD3300

顯示0V。由于考慮到系統(tǒng)需要進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制（此時(shí)TD3000不運(yùn)行，只運(yùn)行收卷變頻器），

設(shè)置AO1輸出偏移－1.0％，使得在牽引三不運(yùn)行的情況下，能保證收卷有較小的線速

度輸入，在全線啟動(dòng)前進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，將多余的布先卷起來(lái)。

3、電機(jī)自學(xué)習(xí)：

系統(tǒng)中牽引、收卷變頻器都為高性能的矢量控制變頻器，為保證系統(tǒng)的控制精度和性能，在正常使用之前，要求要進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的自辨識(shí)，在做參數(shù)自辨識(shí)時(shí)，將電機(jī)所帶的減速箱脫離。

4、其他參數(shù)的設(shè)定

根據(jù)系統(tǒng)的方案，設(shè)定的參數(shù)如下所示：

設(shè)置加減速時(shí)間為1S，保證收卷變頻器能夠快速響應(yīng)，及時(shí)跟蹤牽引變頻器的輸出。同時(shí)，設(shè)置牽引艾默生TD3000變頻器的加減速時(shí)間為120S，使其變化比較緩慢，保證系統(tǒng)在加減速過(guò)程中的穩(wěn)定性。

（2）、張力控制參數(shù)設(shè)定

變頻器工作在速度模式下的張力閉環(huán)控制，張力設(shè)定通過(guò)參數(shù)數(shù)字設(shè)定，也可以通過(guò)總線通訊由觸摸屏直接修改此參數(shù)值。卷徑來(lái)源采用厚度積分法，材料厚度為0.18mm，在后期根據(jù)材料的變化，再通過(guò)觸摸屏修改此參數(shù)。

（3）、過(guò)程PID控制參數(shù)

（4）、通訊參數(shù)

整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)總線通訊控制，變頻器的起停信號(hào)、收卷之前的變頻器的頻率給定都由觸摸屏設(shè)定，PPO模式選擇為3。

5、系統(tǒng)調(diào)試

在調(diào)試過(guò)程中，主要出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題，困擾了很長(zhǎng)時(shí)間：

（1）、設(shè)置參數(shù)后，在運(yùn)行過(guò)程中，每隔一段時(shí)間（大約3分鐘）就出現(xiàn)一次很大的波

動(dòng)，張力值從設(shè)定由穩(wěn)定的4V跳到在0V～10V之間波動(dòng)。首先懷疑的是PI參數(shù)

沒(méi)有調(diào)整好，反復(fù)地修改兩組PI參數(shù)，包括采樣時(shí)間TI、偏差極限，都是效果

不明顯，無(wú)法解決問(wèn)題。接下來(lái)懷疑設(shè)備的機(jī)械問(wèn)題，和信遠(yuǎn)的朱工一起檢查設(shè)

備的機(jī)械情況，看是否有機(jī)械上面的原因，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)周期性的波動(dòng)，

結(jié)果也是一無(wú)所獲。后直接將采樣時(shí)間設(shè)定為0，再次運(yùn)行時(shí)，周期性的波動(dòng)完

全消除，觀察了半小時(shí)，系統(tǒng)都能穩(wěn)定運(yùn)行，證實(shí)此問(wèn)題已經(jīng)解決。設(shè)置為0代

表的是實(shí)時(shí)采樣，系統(tǒng)響應(yīng)的速度更快。

（2）、在低速運(yùn)行正常后，一到大卷徑高速階段，就出現(xiàn)了收卷跟不上牽引的情況，導(dǎo)

致材料松下來(lái)。出現(xiàn)這一情況時(shí)，重點(diǎn)檢查了張力反饋、收卷變頻器的參數(shù)設(shè)定，

發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限定設(shè)置為8％了，將此參數(shù)改為100％后正常。轉(zhuǎn)矩限定設(shè)定為10％，

那么在變頻器運(yùn)行到大卷徑高速段后，出現(xiàn)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩到達(dá)限定值，無(wú)法滿

足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需求，因而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤不上。而設(shè)定這一參數(shù)的原因是在開(kāi)始試

機(jī)時(shí)，為防止將布匹拉斷，而實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩基本在5％以下，因而設(shè)定轉(zhuǎn)矩限

定為10％。

四、收獲

通過(guò)這一次的TD3300調(diào)試，對(duì)艾默生TD3300變頻器各種控制的原理和調(diào)試方法有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己技術(shù)水平的提高起了很大的作用，同樣也對(duì)今后的調(diào)試工作有一個(gè)很好的指導(dǎo)作用。

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