關(guān)鍵詞： 矢量控制 同步控制 張力收卷 1 引言 在金屬加工生產(chǎn)所選用的控制系統(tǒng)中，直流控制系統(tǒng)憑借其轉(zhuǎn)矩特性硬、調(diào)速范圍廣等優(yōu)勢，占領(lǐng)了絕大部分市場，但直流控制系統(tǒng)也存在以下一些弱點:一次性投入大，設(shè)備維護的工作量多，對維護人員的素質(zhì)要求高等等。很多小型企業(yè)常因自身技術(shù)力量不足或備件供應(yīng)等原因而影響了生產(chǎn)的正常運行。 由匯川高性能矢量控制變頻器加普通異步電機組成的傳動系統(tǒng)，除了具備直流控制系統(tǒng)的優(yōu)點外，還降低了設(shè)備的初期投資成本，降低了工廠的電能損耗，使設(shè)備變得操作簡單，維護方便，從而為客戶創(chuàng)造了價值，進而獲得了該領(lǐng)域內(nèi)越來越大的發(fā)展空間。 2 鍍鋅生產(chǎn)工藝 通常由鋼鐵廠生產(chǎn)出來的熱軋鋼板銷售到鍍鋅板廠后要經(jīng)過下面幾道工序處理:酸洗、冷軋、退火、鍍鋅。鍍鋅生產(chǎn)線的工藝流程如圖1所示。 一般來說從“表面處理”到“收卷”的過程中，生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)有以下基本要求: （1） 系統(tǒng)的同步性要求較高，否則會出現(xiàn)拉斷板材的現(xiàn)象; （2） 系統(tǒng)的響應(yīng)特性要快; （3） 材料表面的張力大小可由控制系統(tǒng)來進行調(diào)節(jié)。 以往是通過直流控制系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)工藝的這些要求的。 3 變頻器應(yīng)用在鍍鋅生產(chǎn)線上的控制方案 從“表面處理”到“收卷”的工藝過程如圖2所示。 圖2中“牽引1”、“牽引2”、“牽引3”、“收卷”都采用變頻器加普通異步電機來控制，下面簡要介紹變頻控制方案的實現(xiàn)過程: 牽引變頻器1、牽引變頻器3工作在開環(huán)矢量控制狀態(tài)下，決定整個生產(chǎn)線的運行速度，兩個傳動點的速度通過一個主動，一個從動來保證兩點線速度基本一致，依靠活套的“存儲”功能來平衡同步的要求。 牽引變頻器2工作在轉(zhuǎn)矩控制模式下，獨立運行，模擬電位器信號作為轉(zhuǎn)矩控制信號，保證牽引1和牽引2之間的張力根據(jù)用戶的要求，可隨意設(shè)定。 收卷部分采用帶卷徑計算功能的MD330變頻器來進行轉(zhuǎn)矩控制，保證牽引3和收卷之間的張力控制要求。 牽引變頻器1和牽引變頻器3采用開環(huán)矢量的控制方式，牽引變頻器2、收卷變頻器采用帶編碼器閉環(huán)反饋的閉環(huán)矢量控制方式。 變頻器控制原理框圖如圖3所示。 4 “牽引變頻器2”轉(zhuǎn)矩控制調(diào)試方法 （1） 在電機上不帶負載的情況下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 在電機上不帶負載的情況下，正確輸入電機相關(guān)參數(shù)，進行調(diào)諧操作，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。 表1 在電機上不帶負載的情況下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 序號 參數(shù)類型 數(shù)值 說明 1 F1——01 實際值 輸入——電機額定功率 2 F1——02 實際值 輸入——電機額定電壓 3 F1——03 實際值 輸入——電機額定電流 4 F1——04 實際值 輸入——電機額定頻率 5 F1——05 實際值 輸入——電機額定轉(zhuǎn)速 6 F1——11 2 將該參數(shù)設(shè)為2后，按下RUN 運行鍵，進行電機完整調(diào)諧 調(diào)諧完畢后，按下RUN運行鍵，通過操作面板查看電機工作電流，檢查變頻器開環(huán)矢量控制運行是否正常（變頻器出廠設(shè)置為變頻器開環(huán)矢量控制運行）; （2） 正確接好編碼器的連線 將F0-02設(shè)置為1，正確輸入編碼器脈沖數(shù)（由F2-11設(shè)定），按下RUN運行鍵，檢查變頻器閉環(huán)矢量運行是否正常。通過操作面板查看電機在高速和低速情況下的工作電流，如工作電流超過額定電流，或電機運行不起來，則檢查編碼器的接線是否正確，A相和B相的信號線是否接反，編碼器與電機轉(zhuǎn)軸是否同心，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表2所示。 （3） 閉環(huán)矢量運行正常后的其它功能參數(shù)設(shè)置 閉環(huán)矢量運行正常后，再設(shè)置其它功能參數(shù)，如表3所示。 表3 其它功能參數(shù)設(shè)置 序號 參數(shù)類型 數(shù)值 說明 10 F0——02 1 端子控制有效 11 F0-17 8 設(shè)置加速時間（根據(jù)實際情況設(shè)定） 12 F0-18 8 設(shè)置減速時間（根據(jù)實際情況設(shè)定） 13 F2-08 1 轉(zhuǎn)矩控制有效 14 F2-09 1 轉(zhuǎn)矩上限源AI1 15 F4-00 1 DI1設(shè)為正轉(zhuǎn)指令 16 F4-01 4 DI2設(shè)為點動信號 17 F4-02 9 DI3設(shè)為故障復(fù)位 18 F7-02 2 STOP鍵復(fù)位功能有效 5 收卷變頻器恒張力控制調(diào)試方法 根據(jù)上述方法完成變頻器閉環(huán)矢量的調(diào)試工作后，再進行張力調(diào)試，張力控制參數(shù)設(shè)置如表4所示。 表4 張力控制參數(shù)設(shè)置 序號 參數(shù)類型 數(shù)值 說明 1 FH-00 1 開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式 2 FH-01 0 收卷控制 3 FH-03 計算值 機械傳動比 4 FH-04 2 AI2為張力給定電位器信號 5 FH-06 計算值 最大張力 6 FH-07 10% 零速張力提升，根據(jù)實際情況設(shè)置。 7 FH-09 20% 張力錐度 FH-10 0 通過線速度計算卷徑 8 FH-11 實際值 最大卷徑 9 FH-12 實際值 卷軸直徑 10 FH-13 0 初始卷徑源由FH-12～FH-15設(shè)定 11 FH-27 1 線速度輸入信號選擇AI1，由前一 級變頻器的AO輸出; 12 FH-28 計算值 最大線速度 13 FH-33 1000 機械慣量補償系數(shù) 14 FH-34 7800 材料密度 15 FH-35 1000 材料寬度 16 FH-36 8% 機械摩擦系數(shù)補償 6 調(diào)試說明 （1） 轉(zhuǎn)矩控制模式是指變頻器控制的是電機的轉(zhuǎn)矩，而不是頻率，輸出頻率是跟隨牽引電動機的速度而自動變化。 （2） 根據(jù)公式F=T/R（其中F為材料張力，T為收卷軸的扭矩，R為收卷的半徑），可看出，如果能根據(jù)卷徑的變化調(diào)整收卷軸的轉(zhuǎn)矩，就可以控制材料上的張力，這就是開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式控制張力的依據(jù)。 （3） MD系列變頻器在閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）下可以準(zhǔn)確地控制電機輸出轉(zhuǎn)矩，使用這種控制模式，必須加裝編碼器（變頻器要配PG卡）。 （4） 在實際使用中張力的設(shè)定值應(yīng)與所用材料、卷曲成型的要求等實際情況相對應(yīng)，需由使用者設(shè)定。張力錐度可以控制張力隨卷徑增加而遞減，用于改善收卷成型的效果。 （5） 電機的輸出轉(zhuǎn)矩在加減速時，有一部分要用來克服收卷輥的轉(zhuǎn)動慣量，變頻器中關(guān)于慣量補償部分可以通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置自動地根據(jù)加減速速率進行轉(zhuǎn)矩補償，使系統(tǒng)在加減速過程中仍獲得穩(wěn)定的張力。摩擦補償可以克服系統(tǒng)阻力對張力產(chǎn)生的影響。 （6） 牽引1電機和牽引3電機長期工作在發(fā)電狀態(tài)，牽引1變頻器和牽引3變頻器必須加裝制動單元和制動電阻來消耗由電機回饋回來的能量，否則變頻器直流母線上的電壓會超過變頻器限定的電壓范圍而報警停機。 7 結(jié)束語 采用變頻控制方案代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流驅(qū)動控制方案，使控制系統(tǒng)操作簡單，調(diào)試非常方便、快捷，控制性能完全能夠滿足工藝要求，降低了用戶的投資成本，減少了設(shè)備的維護量，降低了電能損耗，深受用戶的好評。