摘 要 本文以超級壓光機(jī)為例，通過引入TD3300系列變頻器，介紹了變頻矢量控制中張力開環(huán)的基本方式和TD3300調(diào)試步驟。
　　
1 前言
　　超級壓光紙簡稱SC紙，以價格低廉的磨木漿、化學(xué)機(jī)械漿或廢紙脫墨漿以及麥草漿為主要原料，配以少量的長纖維化學(xué)漿，并添加30％以上的填料制成，其平滑度達(dá) 500S以上，不透明度達(dá)85％以上，裂斷長縱橫平均達(dá)3000m以上，其質(zhì)量可和低定量涂布紙比美，可用作廣告、目錄、插頁等彩色印刷。由于該工藝使用大量填料和高得率的磨木漿或化機(jī)漿，可節(jié)省纖維和木材資源，因此可大大降低成本。紙頁經(jīng)壓光機(jī)壓光后，可以提高紙頁的平滑度、光澤度和緊度，使紙頁全幅厚度一致，從而改善紙張的外觀質(zhì)量，并減少透氣度。

　　圖一所示的超級壓光機(jī)主要分為放卷裝置（又稱退紙器）、壓光輥裝置（含主電機(jī)）和收卷裝置等。原紙從放卷裝置處經(jīng)引紙輥依次通過各紙粕輥和冷鑄輥后進(jìn)入中心收卷。本文論述的就是如何采用變頻控制來完成超級壓光機(jī)的傳動控制。

圖一 超級壓光機(jī)簡圖

　　
2 超級壓光機(jī)的變頻控制
　　2.1 開環(huán)的張力控制方案
　　超級壓光機(jī)在快速啟動、快速停止以及中間連續(xù)調(diào)速中必須保證紙頁的張力恒定，否則收取的紙頁就會卷曲、折頁甚至斷裂，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。本系統(tǒng)中利用變頻器的組合來達(dá)到精確的張力控制，我們知道一般情況下可以通過兩種方式可以滿足這樣的要求：一是通過控制電機(jī)的速度來實現(xiàn)，二是通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)。由于考慮到安裝張力傳感器的成本和條件，故采用開環(huán)的張力控制來實現(xiàn)。當(dāng)然在這種控制方式下，紙頁的張力還是必須要知道的，無非它是通過變頻器內(nèi)部的檢測和計算來獲取的，從而降低了系統(tǒng)的成本和難度。

　　由設(shè)定的張力和卷筒的卷徑可以計算出變頻器的轉(zhuǎn)矩指令，其公式如下：
　　T=（F X D） / （2 X i ）
　　其中：T 為變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩指令；F為張力設(shè)定指令；D為卷筒的卷徑；i為機(jī)械傳動比。
　　本方案必須考慮到線速度檢測信號、卷徑計算和張力錐度控制，這樣才能準(zhǔn)確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，保持張力的恒定。

　　2.2 超級壓光機(jī)的變頻組構(gòu)
　　超級壓光機(jī)的主傳動功率的計算可以根據(jù)以下：
　　P = K x B x V x N
　　 其中：P為電動機(jī)功率（KW）；K為常系數(shù)，一般取0.015～0.026；V為工作車速（M/min）；N為輥數(shù)（根）。
　　 以四川某造紙廠為例，采用十二輥超級壓光機(jī)，收卷的紙張寬1M，厚10um，設(shè)計車速為250米/分。則選用的主牽引電機(jī)（變頻器）功率為：P = 0.018 X 1 X 250 X 12 = 54KW，因此可以選用55KW的變頻器。
　　本系統(tǒng)采用高性能的矢量變頻器TD3000，配置如下：主牽引變頻器：TD3000-4T0550G、收卷變頻器： TD3300-4T0055G。另外收卷電機(jī)采用變頻電機(jī)，并加裝旋轉(zhuǎn)編碼器（歐姆龍、1024線輸出）

圖二 超級壓光機(jī)電氣配置簡圖

　　2.3 變頻調(diào)速控制描述
　　本系統(tǒng)用TD3000矢量開環(huán)控制來驅(qū)動主傳動電機(jī)，收卷變頻器TD3300采用開環(huán)張力控制模式。主牽引的速度給定從AI1輸入，控制精度達(dá) 1%～0.5%。TD3300采用前級主牽引變頻器TD3000的模擬輸出口AO2（輸出TD3000變頻器的運行頻率）來得到線速度，并進(jìn)行卷徑計算；張力設(shè)定信號由AI1獲?。恍D(zhuǎn)編碼器的信號分別接到PGP/COM/A-/B-口。
　　
3 超級壓光機(jī)收卷變頻器的調(diào)試步驟
　　3.1 初步檢查變頻器、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器的接線及銘牌參數(shù)。
　　電機(jī)銘牌：額定功率5.5kw，額定電壓380V，額定頻率50Hz，額定電流11.6A，額定轉(zhuǎn)速1440RPM.
　　旋轉(zhuǎn)編碼器：歐姆龍1024線輸出，供電電壓24VDC，A\B\Z開路集電極輸出。
　　3.2 完成變頻器電機(jī)參數(shù)自辨識
　　重點檢查變頻器辨識出的電機(jī)的空載電流，電機(jī)空載電流正常應(yīng)在電機(jī)額定電流的30%～50%范圍內(nèi)。TD3300變頻器實際辨識出電機(jī)的空載電流為4.9A，是電機(jī)額定電流的42%，在正常范圍之內(nèi)。
　　3.3 初步測試變頻器對電機(jī)的驅(qū)動能力
　　TD3000變頻器設(shè)置為開環(huán)矢量控制模式，TD3300設(shè)置為閉環(huán)矢量控制模式，TD3300變頻器應(yīng)在（FB編碼器功能項）設(shè)置編碼器的參數(shù)（FB.00=1024），在鍵盤控制模式測試變頻器對電機(jī)的驅(qū)動能力，重點觀測變頻器的輸出頻率的穩(wěn)定性和輸出電流的大小，特別關(guān)注TD3300變頻器的輸出電流，若在空載的情況下，輸出電流偏大并且報過流故障，應(yīng)該是旋轉(zhuǎn)編碼器的A\B相接線有誤，更換A\B相接線或更改變頻器內(nèi)PG接線的方向設(shè)定（功能碼FB.01）。
　　3.4 完成TD3000和TD3300的信號接口測試
　　完成TD3000變頻器模擬輸出口AO2（F6.07=1）和TD3300變頻器模擬輸入口AI2（F6.01=0,F6.04=1.0）的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，檢查TD3300變頻器接口板AI2上V/I端口的跳線在I側(cè)，并校正TD3000模擬輸出口AO2的輸出和對應(yīng)的TD3300模擬輸入口AI2的線性度（臨時修改TD3000變頻器AO2口（F6.07=0）為設(shè)定頻率輸出，設(shè)定F3.03=0,通過修改F3.04的值可改變AO2口的輸出值。利用TD3300鍵盤停機(jī)時可顯示AI2的輸入電壓值－設(shè)定FD.02=1024,在TD3000和TD3300上電不運行的情況下，修改TD3000變頻器F6.10-AO2零偏調(diào)整和F6.11－AO2增益設(shè)定，可完成其線性度的校正）。
　　3.5 設(shè)置TD3000和TD3300變頻器的其他相關(guān)運行參數(shù)，初步帶載試運行。
　　F3.06=3,開環(huán)張力控制模式；
　　F1.00=2.81,設(shè)備廠家提供的收卷電機(jī)與收卷卷軸的轉(zhuǎn)速比；
　　F5.03（多功能端子X3）＝12，卷徑復(fù)位1指令；
　　F8.00=0,收卷模式；
　　F8.01=1,AI1設(shè)定；
　　F8.03=1000,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況修改，滿足張力設(shè)定電位器的調(diào)整要求；
　　F8.08=0,初步設(shè)定卷徑不計算，保證初步測試時張力的穩(wěn)定；
　　F8.09=500，設(shè)備廠家提供，建議比廠家提供的數(shù)值稍大一些；
　　F8.10=170，設(shè)備廠家提供，空芯卷軸的直徑；
　　F8.12=170，卷徑復(fù)位用，與F5.03（多功能端子X3）＝12，卷徑復(fù)位1指令配合使用；
　　F8.16=170，TD3300變頻器初步啟動時計算變頻器輸出轉(zhuǎn)矩用；
　　F8.17=0,正向，由于收卷電機(jī)處于電動狀態(tài)，力矩輸出應(yīng)與轉(zhuǎn)速方向一致，即正向。
　　參數(shù)設(shè)置后設(shè)備運行較好，客戶反映隨著卷徑的增加，張力越來越小，這是卷徑未計算的結(jié)果。
　　3.6 加卷徑計算功能，再次帶載運行
　　F8.08=1,設(shè)定卷徑來源選擇線速度計算法；
　　FC.00=2,AI2設(shè)定，來自主牽引變頻器TD3000的AO2（運行頻率）口的輸出。
　　FC.03=250m/min,設(shè)備廠家提供，F(xiàn)C.00＊FC.03=當(dāng)前線速度V，變頻器根據(jù)公式:D=（i＊V）/（л＊n） 計算當(dāng)前卷徑；
　　FC.04=80 m/min,防止TD3300變頻器在速度較低時卷徑計算不準(zhǔn)導(dǎo)致變頻器輸出力矩的波動；當(dāng)TD3300變頻器運行的線速度低于 FC.04設(shè)定值時，卷徑計算功能停止，保持當(dāng)前卷徑值；當(dāng)TD3300變頻器運行的線速度大于FC.04設(shè)定值時，卷徑計算功能重新使能。
　　再次帶載測試，收卷過程張力平穩(wěn)，達(dá)到要求。但客戶反映TD3300剛啟動時力矩突加較猛，紙張容易拉斷，修改F3.12功能項，使TD3300變頻器啟動時轉(zhuǎn)矩斜坡方式產(chǎn)生，減緩啟動時的力矩突變，至此完全滿足客戶的工藝要求。
　　（注：此系統(tǒng)由于設(shè)備慣量較小，全過程張力恒定，未使用慣量補(bǔ)功能償和張力錐度控制功能）
　　
4 結(jié)束語
　　本系統(tǒng)采用TD3000+TD3300的變頻收卷方案后，現(xiàn)場配置簡潔，工作穩(wěn)定，調(diào)試方便。實際的收卷效果很是理想，端面整理，張力穩(wěn)定。正是基于變頻器TD3300的張力控制特點，加上其完善的功能、高可靠性和優(yōu)秀的性能價格比，滿足了用戶對于紡織、造紙、冶金等各個領(lǐng)域的不同要求。