1、引言
卷取是一種常見的控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于造紙、印刷、染織等生產(chǎn)過程中的后續(xù)工作，以制成半成品或成品卷筒物。卷取的方式常見的有2種:摩擦卷取和中心卷取。前者對機械的要求復(fù)雜，而且卷取的效果受摩擦輥的影響很大，包括物料的光澤度、端面情況、松緊度等都會在卷取工藝中變差。后者在機械程度上很簡單，卷取時只受到自重的影響，卷取的效果自然好許多，然而長期以來中心卷取的控制系統(tǒng)只能在直流控制或磁粉控制二者中進行選擇，控制的成本很難降低。如何降低收卷系統(tǒng)的控制成本呢？很多人都會想到交流變頻器，的確交流變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電以及在國民經(jīng)濟領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認為是一種最有前途的調(diào)速方式。直流調(diào)速系統(tǒng)在電機傳動的發(fā)展史上占有重要的地位，但由于直流電機存在維護難、抗環(huán)境能力差等原因，到了目前已嚴重制約了設(shè)備整機的性能價格比。而變頻調(diào)速技術(shù)能最大程度上發(fā)揮了交流電機本身固有的優(yōu)點(結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、經(jīng)濟可靠、動態(tài)響應(yīng)好等)，再加上變頻調(diào)速理論業(yè)已形成一門相對獨立的學(xué)科，變頻調(diào)速技術(shù)的全面應(yīng)用時代已經(jīng)到來。
2、分紗落筒機中心放卷的變頻控制
分紗落筒機是針織牛仔、牛仔面料或牛仔繡花生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。白色紗線經(jīng)過靛藍染色，形成的束狀紗線，經(jīng)過分紗整經(jīng)機整經(jīng)，退繞在7—8個軸盤上，每盤上形成片狀40-50根的紗線，分紗落筒機就是將每盤上形成片狀40-50根的紗線，以放卷形式單根地均勻地卷繞成40-50個筒子紗。因為有以下幾個原因：1紗線張力非常小，由其是單根紗線張力。2退繞軸盤在滿軸時半徑很大，大約在800mm-1000mm。3退繞軸盤加上紗線的重量很大，它動態(tài)慣性和靜態(tài)慣性較大。所以在中心放卷的過程中，隨著卷徑的不斷減小，放卷電機的速度必須不斷增大，同時又要保證的紗線張力相對平穩(wěn)，由其是加減速的過程中，以防止紗線的纏繞或繃斷。對于放卷系統(tǒng)而言，進行張力控制是核心技術(shù)，也是變頻調(diào)速的難點。目前，在中心卷取中最常用的是以下2種控制方式:
(1)、速度控制卷取(SPW)，用PID通過測力傳感器的張力反饋，或調(diào)節(jié)輥的位置反饋，來修正速度給定;
(2)、電流控制卷取(CPW)，用PID調(diào)節(jié)張力給定，這一類型的控制一般是開環(huán)的。
對如此復(fù)雜的張力控制系統(tǒng)，變頻技術(shù)必須能克服以下4個技術(shù)問題:
(1)、將復(fù)雜的交流異步電機的數(shù)學(xué)模型簡單化;
(2)、考慮到張力反饋信號的延后和超調(diào);
(3)、將卷繞張力控制過程的動態(tài)參數(shù)描述成時變函數(shù);
(4)、保證張力或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的抗波動能力高和即時調(diào)節(jié)性好。
通常情況下，具有張力控制的變頻控制系統(tǒng)，是建立在對變頻器、電機和張力對象的數(shù)學(xué)模型研究的基礎(chǔ)上，它包括Ud/Id之間的傳遞函數(shù)、Id/M之間的傳遞函數(shù)、轉(zhuǎn)矩M～轉(zhuǎn)速n之間的傳遞函數(shù)、控制電壓Uk～變頻器輸出電壓Ud之間的傳遞函數(shù)、物料張力的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。在一般情況下，張力專用的變頻器由直徑、轉(zhuǎn)矩補償和速度計算等模塊組成。
3、TD3300變頻器的收放卷控制功能
TD3300張力控制專用變頻器是艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司的最新產(chǎn)品，它具有TD3000矢量變頻器的所有高性能，同時又可實現(xiàn)張力閉環(huán)控制和張力開環(huán)控制，以滿足各種卷取和放卷要求。
A：(1)各種卷徑的計算，包括線速度計算、繞圈計算、模擬設(shè)定、上位機給定等;(2)卷徑模擬輸出，實現(xiàn)人機友好交互功能;(3)多種線速度測量方式，包括脈沖輸入、模擬輸入、數(shù)字輸入等;(4)實現(xiàn)張力錐度的設(shè)定;(5)實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩補償?shù)墓δ�，如彎曲力矩補償、靜態(tài)力矩補償、慣性力矩補償?shù)?(6)具有自動換卷邏輯功能，實現(xiàn)在線換卷功能。
B：TD3300張力控制變頻器的4種張力控制方式
(1)張力閉環(huán)控制(需要張力傳感器、增加成本、控制精度最高);
(2)間接張力控制一(需要卷徑傳感器、增加成本、控制精度較高);
(3)間接張力控制二(成本較低、控制精度較高);
(4)間接張力控制三(成本較低、控制精度差)。
此四種方案的配置主要是考慮系統(tǒng)的張力控制精度要求、系統(tǒng)的成本要求等，用戶可以根據(jù)實際情況決定采用哪種張力控制方式。
C：4種張力控制原理和應(yīng)用
(1)、張力閉環(huán)控制對于張力控制精度要求較高的場合，如軋卷染色機，它需要通過張力檢測輥的輸出張力信號來構(gòu)成張力閉環(huán)控制，對于變頻器來說采用速度控制方案和PID閉環(huán)控制。
(2)、間接張力控制一它通過卷徑傳感器測量的卷徑模擬信號進入變頻器的模擬輸入口，而變頻器則根據(jù)測量的卷徑進行張力控制。這里，卷徑是通過測量而不是通過計算而得，因此張力控制的精度相對較高。分紗制筒機就采用這種方式。
(3)、間接張力控制二在線速度可以檢測的場合，可以采用此法，通過檢測到的線速度及電機角速度計算卷徑，從而控制張力。通常應(yīng)用在如干式復(fù)合機、拉幅定型機、漿紗機等收卷系統(tǒng)中。
(4)、間接張力控制三當(dāng)對張力的控制精度要求不高，卷繞材料的厚度已知且變化不頻繁的情況下，可以采用厚度累積法計算卷徑，實現(xiàn)間接張力控制。
4、系統(tǒng)方案介紹
本系統(tǒng)中選用了經(jīng)濟而實用的間接張力控制一：即張力閉環(huán)控制方案1（速度模式）（F3.06=1），通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速達到張力恒定。采用此模式。同步匹配頻率指令的計算方程式：Ｆ＝(v×p×i)／(π×D)。
首先由紗線的線速度和紗軸的當(dāng)前卷徑實時計算出同步匹配頻率指令，然后通過張力檢測裝置反饋的張力信號（F7.02反饋量輸入通道選擇），以張力設(shè)定值（F8.01=0數(shù)字設(shè)定）構(gòu)成PID閉環(huán)，調(diào)整變頻器的頻率指令。紗線線速度由前一級線速度檢測模塊獲得，即送紗輥電機的線速度，通過AI1口進入變頻器TD3300，卷徑應(yīng)選用外部卷徑傳感器，卷徑信號通過模擬輸入口AI2輸入，模擬輸入對應(yīng)0~最大卷徑（F8.09）。
在此方案中，保證比較準確的同步匹配頻率指令可以減少PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量，使系統(tǒng)更穩(wěn)定，也就是線速度的檢測的正確性比較重要。
由于我們對TD3300張力控制專用的矢量型變頻器的深刻了解和認識，結(jié)合我們在紡織專業(yè)上的豐富經(jīng)驗,使分紗落筒機放卷系統(tǒng)的設(shè)計非常成功，車速可達350-450m/min,而且系統(tǒng)非常穩(wěn)定可靠。目前已為廠家生產(chǎn)二十余套，該設(shè)備已成為廠家生產(chǎn)針織牛仔紗，靛藍關(guān)鍵繡花紗的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備為廠家創(chuàng)造了巨大的產(chǎn)品附加值。非常值得在紡織行業(yè)推廣應(yīng)用。
