（已结帖）变频擂台第96期——关于张力控制系统中的卷径计算/电机速度控制 点击：7810 | 回复：34
案例参考如下：
1、问：在保持线速度不变的情况下，收卷直径越来越大···收卷辊电机的速度应该怎么控制？这个电机速度该怎么计算？这个电机要是用变频器控制（或者直流调速器控制）的话这个速度应该怎么给（例如：张力传感器/模拟量/PID）？
2、问：纵剪，在没有编码器/没使用伺服步进电机的情况下如何定长？
希望大家畅所欲言。非常支持原创，评奖倾向于原创者。可以包括工作原理、技术介绍、产品结构，包括一些很具体的数据，包括一些技术细节/优缺点，还可以列举具体案例等，包括其它。。。。。。希望大家热烈的探讨！！！！！！
变频擂台两周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2012年11月10日。
奖项设置：一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖各奖励100积分
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
1、问：在保持线速度不变的情况下，收卷直径越来越大···收卷辊电机的速度应该怎么控制？这个电机速度该怎么计算？这个电机要是用变频器控制（或者直流调速器控制）的话这个速度应该怎么给（例如：张力传感器/模拟量/PID）？
我们先考虑第一个问题，要保持收卷辊的线速度不变，収卷电机调速器（无论直流还是交流）的速度给定值如何确定。
（1）根据収卷辊的线速度v和収卷电机输出轴（如果有减速器，那么是减速器输出轴）的角速度w，和収卷辊材料的卷半径r，有简单的关系v=w*r，所以w=v/r，保持v不变，r增大时w反比例减小。我们知道w与电机转速n成正比，所以収卷电机转速也与収卷材料的卷筒半径r成反比变化。
（2）假設機器最低運行速度為Vmin=10MPM，機器最高運行速度為Vmax=100MPM，機器生產工藝速度為20MPM-100MPM.同時假設收卷軸套管外經為100mm=0.1m，這是收卷物料最小收卷半徑Rmin=0.1m，在假設收卷物料最大收卷半徑為Rmax=400mm=0.4m.
首先，對工藝運行范圍20MPM-100MPM核算收卷軸最低工作轉速和最高工作轉速。
最低工作轉速Nmin是20MPM機速在最大收卷卷徑時的轉速：Nmin=20（0.4*6.28）=7.96RPM=8RPM;
最高工作轉速Nmax是100MPM機速時最小收卷卷徑的轉速，Nmax=100/(0.1*6.28)=159.2RPM，取Nmax=160RPM.
我們選四極電機做驅動電機，採取變頻器驅動。50HZ，電機轉速為1450RPM，假如這時收卷線速度160RPM，監督比為9.06.我們選擇減速比9：1的減速器。50HZ時，在最小卷徑0.1m時收卷軸轉速161RPM，收卷線速度101MPM，當保持線速度不變，收卷至最大卷徑0.4m時，變頻器頻率為12.5HZ，電機轉速為362.5RPM.如果運行收卷線速度為20MPM，變頻器頻率為(7.96*9/1450)*50=2.47HZ.如果開機時收卷線速度為10MPM變頻器頻率為((10/0.628)*9)/1450*50=4.94HZ.上各點運行頻率都是在變頻器正常工作范圍。
系统分析 (非原创）
收放卷工艺要求恒张力控制。张力的给定通过张力控制器。张力控制器控制的原理是通过检测收卷的线速度计算卷径，负载转距=F*D/2（F为设定张力，D为当前卷径），因此当设定了张力的大小，因为当前卷径通过计算已得知，所以负载转矩就可以算出来了。张力控制器能够输出标准的0~10V的模拟量信号，对应异步电机的额定转矩。所以我们用该模拟量信号接入变频器，选择转矩给定。这样在整个收卷的动态过程中，能够保证张力的恒定。
在变频器转矩模式下，对速度进行限制。在张力控制模式下，不论直流电机、交流电机
还是伺服电机都要进行速度的限制，否则当电机产生的转距能够克服负载转矩而运行时，会产生转动加速度，而使转速不断的增加，最终升速到最高速，就是所谓的飞车。如图2中所示，收放卷的速度是通过主轴B系列变频器的模拟量输出AFM而进行限定的。也就是将主轴B系列的变频器上3-05（模拟信号输出选择）参数设定为03（频率指令输出）,如图3所示。将该信号分别接到收放卷变频器的模拟量输入端口上，作为频率给定和上限频率的设定信号。
零速张力控制要求。当收放卷以0Hz运行时，电机的输出轴上有一定的张力输出，且可调。该要求主要是防止当收放卷运转当中停车，再启动时能够保证收放卷的盘头不会松掉。在该控制系统中，可以通过调整张力控制器上的初始张力设定而达到要求。
2.3分条机恒张力原理设计
1.恒张力控制的原理。
对于收放卷过程中恒张力控制的实质是需要知道负载在运行当中卷径的变化，因为卷径的变化，导致为了维持负载的运行，需要电机的输出转矩要跟随着卷径的变化而变化。对与V系列变频器而言，因为能够做转矩控制，因此能够完成收卷恒张力的控制。V系列变频器提供了三路模拟量输入端口，AUI、AVI、ACI。这三路模拟量输入口能够定义为多种功能，因此，可以任选一路作为转矩给定，另外一路作为速度限制。0~10V对应变频器输出0~电机额定转矩，这样通过调整0~10V的电压就能够完成恒张力的控制。而对于分条机，计算卷径的部分是通过张力控制器来计算的，当然用PLC架构来实现也是没有问题的。也就是说，可以通过在人机或文本上设定张力，通过PLC计算卷径，T=F*D/2，所以可以算出需要电机输出的转矩大小，通过模拟量输出接到V系列变频器的转矩给定端就可以了。
2.同步转速计算。
因为我们知道变频器工作在低频时,交流异步电机的特性不好,激活转矩低而且非线性因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2HZ以下。因此收卷电机有个最低速度的限制。对于四极电机而言其同步转速计算如下:
n1=60f1/p=>n1=1500r/min=>2HZ/50HZ=N/1500=>n=60rpm/min
（f1-为额定频率、p-为极对数、n1-同步转速）
3.限速运行。
当达到最大卷径时,可以求出收卷整个过程中运行的最低速：
V=π*D*n/i=>Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min
张力控制时,要对速度进行限制,否则会出现飞车，因此要限速运行。
4.张力及转矩的计算。
如果F*D/2=T/i（F－－张力、D－－卷径、T－－转距、i－－减速
比）,=>F=2*T*i/D对于3.7KW的交流电机,其额定转矩的计算如下:
T=9550*P/n=>T=24.88N.m所以Fmax=2*24.88*9/0.6=74.64N
（T-电机的额定转距、P-电机的额定功率、n-为电机的额定转速）
3调试过程及参数设定
3.1 V系列变频器电机参数的自整定
1将驱动器的所有参数恢复成出厂值。
2将电机轴与负载脱开。
3将电机额定电压01-02、电机额定频率参数01-01、分别正确填入数值。
4将参数05-00设定为1，然后按Keypad RUN的命令，此时立即执行电机的自动整定。执行约2min的时间（功率越大，要将加减速时间设定长一些）。
5执行后检查05-02、05-06~05-09、05-12、05-16~19参数是否已自动将测量的数据填入，若没有请再次设定05-00参数，RUN一次。
3.2 V系列变频器闭环矢量试运行
将运行方式设定为面板启动，频率给定方式为面板给定。运行方式为V/F+PG将频率设
定成10Hz,然后运行，观察变频器是否会报PG报警，如果报PG报警，则将10-01设定为1（原来为0，反之设定为0），然后断电重新上电。再次按运行按钮，确保变频器不再报警，同时按Mode键，切换置显示运行频率，观察运行频率是否在10Hz上下波动，确保闭环矢量运行调试完成。
3.3V系列变频器转距控制参数设定
1主轴VFD037B43A参数设定。
01-00－－－－－－－－－－-50 最大操作频率
01-01－－－－－－－－－－-50 最大电压频率
02-00－－－－－－－－－－-1 第一频率来源（AVI）
02-01－－－－－－－－－－-1 第一运转指令来源（外部端子启动）
03-05－－－－－－－－－－-3 频率指令输出
2收放卷VFD037V43A参数设定。
00-04－－－－－－－－－－40 观察上限频率
00-20－－－－－－－－－－2 频率指令来源(外部模拟量输入)
00-21－－－－－－－－－－1 运转指令来源（外部端子启动）
01-00－－－－－－－－－－50 最大操作频率
01-01－－－－－－－－－－50 最大电压频率
00-12－－－－－－－－－－1 第一加速时间
00-13－－－－－－－－－－1 第一减速时间
03-00－－－－－－－－－－4 AVI上限频率限定
03-02－－－－－－－－－－1 转距给定
03-09－－－－－－－－－－110 模拟量输入增益（AVI）
03-11－－－－－－－－－－200 模拟量输入增益（AUI）
10-00－－－－－－－－－－1024 编码器线数
10-01－－－－－－－－－－1 编码器方向
本期擂台的题目一到都叫我十分纠结。因为楼主的提问方式，让我不得不回答収卷轴直接驱动収卷棍的情况下，变频器频率给定（因为现在直流调速已经渐渐在一般应用中已被交流变频器取代，必须考虑变频器传动。直流调速因为磁场几乎总是190VDC的励磁电压，磁场是稳定的低速运行没有太大问题。而变频器低速运行不稳。实际应用时建议采用矢量控制类型的变频器。或者采用伺服控制器控制伺服电机。不要以为这样的链传动似乎不是伺服应用的经典范围，在九十年代，我用过的日本国内设计的分切机，就是采用伺服控制技术。比美国杜森百瑞分切机的性能优良得多！）设定的问题。可是我们谈了这么多，与标题的张力控制系统有什么关系呢？因为这种提问方式，线速度控制与张力没有任何关系！而卷径与収卷长度计算的公式同时常常应用恒张力控制时。大家注意，我给出的这个公式是一个恒张力控制収卷需要用到的一个公式。但同时又是考虑収卷品质时候的一个参考。比如假如収卷轴由电磁离合器控制，那么我们是用3寸辊来収卷还是6寸辊収卷更好呢？不讲那么多了，下一节我们考虑实际的収卷张力控制系统。擂主不要把我这种论述方式，认为是走题呀！
对：liouxuesong关于看了两遍没怎么看懂，你说的是收卷的问题。如果保持被收的线速度不变而收卷电机就应该越来越慢。可以通过一个滑动电阻器，控制收卷电机速度。外置一台计长仪表，设置好长度控制收卷电机变频器的起停。如果要同时控制速度和长度，这样的功能无法实现。上述的功能有个弊端，就是长度控制是有限的。因为当你收卷直径和电机的速度成反比，所以如果卷太大有可能长度还没到的时候收卷电机就停机了！（频率为0）最好的情况是在频率未到0.5hz前，达到所设置长度。这个技术在纺织上用的很多。都是现成的不知道我描述清楚没。内容的回复：
这个技术在纺织使用确实很多，但是属于淘汰技术，现在都是安装接近开关或编码器，张力传感器进行实时闭环PID控制
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