基于臺達機電技術(shù)的同步與張力傳動(dòng)控制解決方案

1引言

　　在傳統的電力拖動(dòng)領(lǐng)域，同步控制、張力控制是非常經(jīng)典的控制環(huán)節。同時(shí)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(kāi)發(fā)難點(diǎn)。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，出現了例如中達同步控制器這樣的產(chǎn)品。但隨著(zhù)客戶(hù)對設備技術(shù)含量和成本的要求，簡(jiǎn)單的利用同步控制器來(lái)實(shí)現同步控制已越來(lái)越不能滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，用人機、PLC、變頻器、伺服、直流調速等產(chǎn)品來(lái)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(diǎn)及較高的性?xún)r(jià)比能夠為客戶(hù)提供成熟、完善的同步和張力控制的方案和系統。

2傳統同步控制及張力控制方案

圖1 多級同步與張力控制系統框圖

2.1同步控制及張力控制控制原理

　　根據圖1所示多級同步與張力控制框圖，整個(gè)系統以1單元機架為主，1單元的速度為主給定乘以1通道的同步比例系數。即Out1=Kd1*Vo（其中Kd1為1通道同步比例系數，Vo為主給定）。Out2=Kd2*Vo+Kf2*Vf2(Kd2為2通道同步比例系數，Kf2為2通道反饋比例系數，Vf2為通道2反饋信號)，同理Out5=Kd5*Vo+Kf5*Vf5(Kd5為5通道同步比例系數，Kf5為5通道反饋比例系數，Vf5為通道5反饋信號)。這就是傳統的同步控制系統。張力輥的同軸安裝一個(gè)電位器，電源為+5V電源，當張力輥處于中間平衡位置時(shí)將電位器的輸出調整為0V，當張力輥偏離平衡位置時(shí)，反饋信號即會(huì )有變化，變化的范圍在+5V之間，這樣反饋量乘以反饋系數，再加上同步比例系數乘以主給定，所得到的結果就是總輸出。因此當張力輥偏離平衡位置時(shí)，相應的同步控制器的輸出會(huì )減小或增大，自動(dòng)調整變頻器的頻率，達到動(dòng)態(tài)的平衡，使得張力輥始終在平衡位置附近輕微的擺動(dòng)，起到同步的效果。

　　張力控制通過(guò)張力傳感器實(shí)時(shí)檢測張力、通過(guò)張力控制器或PLC進(jìn)行張力的PID運算，這種張力控制的實(shí)質(zhì)是通過(guò)調整速差實(shí)現張力的動(dòng)態(tài)恒定。

2.2應用領(lǐng)域

　　多級同步與張力控制系統廣泛地應用于紡織、印染、造紙等行業(yè)（染漿聯(lián)合機、印染設備）。

2.3缺點(diǎn)及不足分析

　　首先，可以看出該系統同步屬于開(kāi)環(huán)控制，當負載變化較大的時(shí)候，電機的轉差率會(huì )加大，相應張力輥會(huì )偏離平衡位置。相應電機的速度會(huì )發(fā)生變化，如果是對同步的要求非常嚴格的場(chǎng)合，可能會(huì )有一定的局限性。同時(shí)因為速度給定及反饋都是模擬量信號，而且對于生產(chǎn)線(xiàn)比較長(cháng)，設備安裝等不可預知的因素，可能會(huì )比較容易受到到各種電氣耦合的干擾，造成系統運轉不穩定。

張力控制采用PID，由于積分的作用，如果積分增益調整的不好，容易造成系統的振蕩或響應的滯后。對于PID運算的各參數要求較高。但在要求不是非常高的場(chǎng)合，該系統還是比較穩定的，應用也比較廣泛。

3 基于臺達機電技術(shù)的張力傳動(dòng)控制解決方案

圖2硬同步及開(kāi)環(huán)張力閉環(huán)矢量控制方案

表1 臺達機電自動(dòng)化平臺配置

3.1 開(kāi)環(huán)張力閉環(huán)矢量控制系統設計

　　硬同步及開(kāi)環(huán)張力閉環(huán)矢量控制方案框圖參見(jiàn)圖2。系統配置參見(jiàn)表1。

為了克服由于負載的變化造成電機轉差率變大，電機特性曲線(xiàn)偏軟的缺點(diǎn)，在每個(gè)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(xiàn)會(huì )比較硬，能夠有效避免負載小變化時(shí)轉速及轉矩的下降。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(guò)RS485，這樣不僅省略了同步控制器，同時(shí)有效避免了電氣耦合對模擬量信號的干擾。系統運行更加的穩定而且成本也較低，控制效果也更好

3.2 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(xiàn)速度，要將線(xiàn)速度轉換成相應的頻率。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關(guān)系。依據如下的算法處理每?jì)蓚€(gè)單元之間的速度關(guān)系：Vn=Kdn*Vn-1+Kfn*Vn-1。整個(gè)控制的核心及編程思想參見(jiàn)圖3。

圖3 控制核心及編程思想

　　在調試時(shí)需要嚴格的按照步驟進(jìn)行：主速設定后，通過(guò)調整1單元的比例系數K（D530），將實(shí)際用速度表測出的線(xiàn)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(guān)系的調試也是同理。直到每?jì)蓡卧g的同步系數全部確定下來(lái)為止。