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希望森兰SB70变频器在薄膜卷绕机上的应用

时间:2018-12-06   来源:希望森兰科技股份有限公司

工业上常见的薄膜卷绕主要包括布、纸张、塑料薄膜等,对于张力的精度要求高,而且卷径的变化范围很大,张力要求是随卷径增大而不断变化的,即需要张力锥度控制,防止损伤卷轴或造成内部褶皱。森兰SB70变频器可通过对现有功能进行设置,充分利用算术单元和计数器等功能,实现薄膜卷绕所要求的张力控制。方案如下:

由代表薄膜线速度的主机(加工机)运行频率和卷绕薄膜的实时卷径,计算出相应的从机(收卷机)主给定频率,以此作为前馈;同时用PID调节器控制薄膜的张力PID输出,对给定频率进行不断修正,将修正后的频率作为收卷电机的给定频率。这种前馈和反馈共用的复合控制方法控制精度很高,很多张力控制专用的变频器都使用了这种方法。

第一部分:收卷机给定频率的计算。

用户需要知道三个值,分别是初始卷径、最终卷径和薄膜厚度。根据这三个值,计算出参数设置所需要的几个数值:

假设薄膜的最终卷径为1000mm,初始卷径为100mm,薄膜厚度为0.05mm,则:

初始卷径百分比值D0=100/1000=10%;

计数器设定值=1000/(0.05×2)=20000;

计数器预置值=100/(0.05×2)=2000。

此时计数器计数值(以设定计数值为100%)就相当于一个卷径传感器的输出信号,即为实时的卷径值D(以最终卷径为100%)。

主机频率为F0,从机频率为F,当前卷径值为D(以最终卷径为100%),则可以知道:

F0×D0=F×D;

即可以算出F=F0×(D0/D);

先通过算术单元3算出D0/D的值;再通过算术单元2计算F0(即AI1)乘以算术单元3的输出,即为F的值。此时算数单元2的结果即为收卷机的主给定频率,所以将收卷机的频率给定通道设成算术单元2给定。这样就完成了收卷机主给定频率的设定。

第二部分:PID的给定计算。

采用闭环张力控制的方法,PID的给定值应该设定为用户需要的张力值。但是,用户需要的张力值并不是一个常数,而是一个随着卷径变化而不断变小的值,即张力有一个锥度。如图2:


张力锥度示意图

张力的锥度公式为:

T=T0×[1-K×(1-D0/D)]

=T0×(1-K)+T0×K×(D0/D)

其中T为实际的理想张力(以张力传感器最大张力值为100%);

T0为初始张力值(以张力传感器最大张力值为100%);

K为张力锥度系数,范围为0~100%;

D0为初始卷径(以最终卷径为100%);

D为实时卷径(以最终卷径为100%)。

其中T0×(1-K)和T0×K都是常量。

于是由算术单元4算出T0×K×(D0/D)的值,其中D0/D为算数单元3的结果,T0×K为数字设定;再由算术单元1计算出T,即T0×(1-K)+T0×K×(D0/D),其中T0×K×(D0/D)为算术单元4的结果,T0×(1-K)为数字设定。

此时,算术单元1的结果即为用户需要的实时张力值,将PID的给定通道选择为算术单元1给定。这就完成了PID给定通道的设定,至此,就完成了张力控制方案设计。

现场运行情况如下:当主机开始起动后,从机接受起动信号开始起动,并根据卷径的变化和张力传感器的反馈不断调整输出频率,使张力传感器以基准位置按张力锥度要求随卷径变化,卷绕电机一直稳定运行。减速过程中张力传感器也没有大的偏移,直至停机。整个过程中没有变形或松弛现象发生。

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