摘要：本文介紹了艾默生TD3300變頻器在表面處理生產(chǎn)線中的調(diào)試過程，通過這一次的TD3300調(diào)試，對(duì)艾默生TD3300變頻器各種控制的原理和調(diào)試方法有了比較深入的了解。
關(guān)鍵詞：艾默生TD3300變頻器 表面處理生產(chǎn)線 調(diào)試 張力
一、初始方案介紹
表面處理生產(chǎn)線是對(duì)布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學(xué)材料的過程，整條生產(chǎn)線都使用的是艾默生的TD3000系列變頻器，在生產(chǎn)線的最后環(huán)節(jié)－收卷，使用的是艾默生TD3300變頻器。生產(chǎn)線的后半段環(huán)節(jié)工藝圖（牽引三和收卷一、二）如圖1所示：
1、 牽引三的變頻器為TD3000 5.5KW，控制4KW電機(jī)，減速比為35，牽引輥為300mm；
2、 收卷一、二為TD3300 11KW變頻器，控制11KW電機(jī)，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為70N.m，Ie＝24.8A，兩臺(tái)收卷電機(jī)輪流工作；
3、 收卷?xiàng)l件：
4、 卷徑變化范圍：216～1500mm
張力變化：200牛～1800牛
減速比：43
按照以上要求，計(jì)算出收卷時(shí)需要最小轉(zhuǎn)矩為：
Tmin＝Dmin×Fmin/（i×1000）＝216×200÷43÷1000＝1，
變頻器輸出轉(zhuǎn)矩為：1/70＝1.45％，
最大時(shí)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩為：Tmax＝Dmax×Fmax/i/Tn＝89.7％；
按照計(jì)算出來的轉(zhuǎn)矩變化，范圍大，而且在最小轉(zhuǎn)矩時(shí)，所需轉(zhuǎn)矩太小，而TD3300變頻器，作開環(huán)張力控制時(shí)，實(shí)際上是轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)矩控制的精度比矢量變頻器的速度控制要低得多，我們的變頻器要求轉(zhuǎn)矩最小輸出達(dá)到10％以上，而且要求Tmax/Tmin最好小于7，從這一方面考慮，使用開環(huán)張力控制很難實(shí)現(xiàn)這種工況下的控制。綜合分析現(xiàn)場(chǎng)的工況，因無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，由于還裝有一個(gè)張力傳感器，可以考慮作速度模式下的張力閉環(huán)控制。
二、 方案修改
修改后的方案如下圖2所示：
速度模式下的張力閉環(huán)控制，為矢量變頻器普通速度模式下作PID閉環(huán)控制，頻率指令由PID輸出調(diào)節(jié)量和同步匹配指令疊加構(gòu)成，在此方案中，避免了因轉(zhuǎn)矩變化范圍過大而無法控制的局面，同時(shí)，由于頻率指令由同步匹配指令和PID調(diào)節(jié)輸出疊加，可以減少PID的調(diào)節(jié)量。
同步匹配頻率指令的計(jì)算方程式：
f＝（V×p×i）/（D×π）
V－材料線速度
P－電機(jī)極對(duì)數(shù)
i－機(jī)械傳動(dòng)比
D－卷筒的卷徑
變頻器的運(yùn)行頻率：
f1＝f＋△f
△f為PID調(diào)節(jié)輸出量
卷徑計(jì)算：厚度積分法
根據(jù)材料的厚度按照卷筒旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)進(jìn)行卷徑累加（收卷）或遞減（放卷），因每層只有一圈，設(shè)定每層圈數(shù)為1，計(jì)圈的方法通過編碼器（PG）獲得，材料變化時(shí)，通過總線通訊由觸摸屏直接修改材料厚度參數(shù)。
線速度信號(hào)：
通過前級(jí)牽引艾默生TD3000變頻器的AO1模擬端子輸出信號(hào)給艾默生TD3300變頻器的AI2模擬輸入端子，調(diào)整AO1的增益和零偏，保證模擬量和線速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
三、調(diào)試過程
按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)接線完畢后，開始調(diào)試過程。
1、 張力反饋裝置的調(diào)整：
測(cè)試張力傳感器的曲線，在調(diào)整之前，其傳感器的輸出范圍0～2V，對(duì)應(yīng)張力為0～2000N，考慮到其變化范圍太小，不好控制，聯(lián)系三菱公司的技術(shù)人員對(duì)傳感器做了一定的調(diào)整。主要是擴(kuò)大輸出范圍為0～10V對(duì)應(yīng)0～2000N。
2、 線速度信號(hào)一致性的調(diào)整：
計(jì)算最大線速度：
Lmax＝N×D×π/（i×60）＝1470×0.3×3.14/（35×60）＝40米/秒
艾默生TD3300變頻器設(shè)置：FC.03=40 最大線速度
艾默生TD3000變頻器設(shè)置：F6.08=0 運(yùn)行頻率輸出
F6.10=－1.00％ AO1零偏
F6.11=1.1 AO1增益
適當(dāng)調(diào)整艾默生TD3000變頻器的AO1輸出零偏和增益，保證艾默生TD3000變頻器運(yùn)行在50HZ時(shí)，
其AO1端子輸出為20mA，通過艾默生TD3300變頻器AI2顯示為10V，在零頻運(yùn)行時(shí)，艾默生TD3300
顯示0V。由于考慮到系統(tǒng)需要進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制（此時(shí)TD3000不運(yùn)行，只運(yùn)行收卷變頻器），
設(shè)置AO1輸出偏移－1.0％，使得在牽引三不運(yùn)行的情況下，能保證收卷有較小的線速
度輸入，在全線啟動(dòng)前進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，將多余的布先卷起來。
3、 電機(jī)自學(xué)習(xí)：
系統(tǒng)中牽引、收卷變頻器都為高性能的矢量控制變頻器，為保證系統(tǒng)的控制精度和性能，在正常使用之前，要求要進(jìn)行電機(jī)參數(shù)的自辨識(shí)，在做參數(shù)自辨識(shí)時(shí)，將電機(jī)所帶的減速箱脫離。
4、 其他參數(shù)的設(shè)定
根據(jù)系統(tǒng)的方案，設(shè)定的參數(shù)如下所示：
設(shè)置加減速時(shí)間為1S，保證收卷變頻器能夠快速響應(yīng)，及時(shí)跟蹤牽引變頻器的輸出。同時(shí)，設(shè)置牽引艾默生TD3000變頻器的加減速時(shí)間為120S，使其變化比較緩慢，保證系統(tǒng)在加減速過程中的穩(wěn)定性。
（2）、張力控制參數(shù)設(shè)定
變頻器工作在速度模式下的張力閉環(huán)控制，張力設(shè)定通過參數(shù)數(shù)字設(shè)定，也可以通過總線通訊由觸摸屏直接修改此參數(shù)值。卷徑來源采用厚度積分法，材料厚度為0.18mm，在后期根據(jù)材料的變化，再通過觸摸屏修改此參數(shù)。
（3）、過程PID控制參數(shù)
（4）、通訊參數(shù)
整個(gè)系統(tǒng)通過總線通訊控制，變頻器的起停信號(hào)、收卷之前的變頻器的頻率給定都由觸摸屏設(shè)定，PPO模式選擇為3。
5、 系統(tǒng)調(diào)試
在調(diào)試過程中，主要出現(xiàn)了兩個(gè)問題，困擾了很長時(shí)間：
（1）、設(shè)置參數(shù)后，在運(yùn)行過程中，每隔一段時(shí)間（大約3分鐘）就出現(xiàn)一次很大的波
動(dòng)，張力值從設(shè)定由穩(wěn)定的4V跳到在0V～10V之間波動(dòng)。首先懷疑的是PI參數(shù)
沒有調(diào)整好，反復(fù)地修改兩組PI參數(shù)，包括采樣時(shí)間TI、偏差極限，都是效果
不明顯，無法解決問題。接下來懷疑設(shè)備的機(jī)械問題，和信遠(yuǎn)的朱工一起檢查設(shè)
備的機(jī)械情況，看是否有機(jī)械上面的原因，導(dǎo)致運(yùn)行過程中出現(xiàn)周期性的波動(dòng)，
結(jié)果也是一無所獲。后直接將采樣時(shí)間設(shè)定為0，再次運(yùn)行時(shí)，周期性的波動(dòng)完
全消除，觀察了半小時(shí)，系統(tǒng)都能穩(wěn)定運(yùn)行，證實(shí)此問題已經(jīng)解決。設(shè)置為0代
表的是實(shí)時(shí)采樣，系統(tǒng)響應(yīng)的速度更快。
（2）、在低速運(yùn)行正常后，一到大卷徑高速階段，就出現(xiàn)了收卷跟不上牽引的情況，導(dǎo)
致材料松下來。出現(xiàn)這一情況時(shí)，重點(diǎn)檢查了張力反饋、收卷變頻器的參數(shù)設(shè)定，
發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限定設(shè)置為8％了，將此參數(shù)改為100％后正常。轉(zhuǎn)矩限定設(shè)定為10％，
那么在變頻器運(yùn)行到大卷徑高速段后，出現(xiàn)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩到達(dá)限定值，無法滿
足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需求，因而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤不上。而設(shè)定這一參數(shù)的原因是在開始試
機(jī)時(shí)，為防止將布匹拉斷，而實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩基本在5％以下，因而設(shè)定轉(zhuǎn)矩限
定為10％。
四、收獲
通過這一次的TD3300調(diào)試，對(duì)艾默生TD3300變頻器各種控制的原理和調(diào)試方法有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己技術(shù)水平的提高起了很大的作用，同樣也對(duì)今后的調(diào)試工作有一個(gè)很好的指導(dǎo)作用。
關(guān)于艾默生網(wǎng)絡(luò)能源
艾默生網(wǎng)絡(luò)能源是Emerson所屬業(yè)務(wù)品牌(紐約證券交易所股票代碼：EMR)，是“關(guān)鍵業(yè)務(wù)全保障”的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為客戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)設(shè)施運(yùn)行提供保障，是客戶定制、高適應(yīng)性和可靠性解決方案的可信賴供應(yīng)商。擁有業(yè)界最大的全球服務(wù)系統(tǒng)，為通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療保健中心和工業(yè)設(shè)施提供全方位的、不斷創(chuàng)新的電源、精密制冷、連接和嵌入式產(chǎn)品和服務(wù)。
關(guān)于Emerson
總部位于美國圣路易斯市的Emerson（紐約證券交易所股票代碼:EMR）是一家全球領(lǐng)先的公司，該公司將技術(shù)與工程相結(jié)合，在網(wǎng)絡(luò)能源、過程管理、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境優(yōu)化技術(shù)及家電和工具等領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁﹦?chuàng)新性的解決方案。公司在2006財(cái)年的銷售額達(dá)201億美元。
