张力控制变频收卷方案
一. 张力控制变频收卷在纺织行业的应用
1．传统收卷装置的弊端
纺织机械如：浆纱机、浆染联合机等设备都会有收卷的环节。传统
的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常
严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是一年。而
且经常要维护，
维护的时候也是非常麻烦的,不仅浪费人力而且维护费用很高,给很
多客户带来了很多不便。尤其是纺织设备基本上是开机后不允许中途停
车的，如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张
力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动。
2．张力控制变频收卷的优点
* 张力设定在人机上设定，人性化的操作。
* 使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径启动时张力的线
性递加;张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等.
* 卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑
性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候
，能自己纠正卷径到正确的数值。
* 因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果操作
人员进行加速、减速、停车、再启动时很容易造成爆纱和松纱的现象，
将直接导致纱的质量。而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下
，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过
程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好。
* 在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造
价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期小，基本上两三天就
能安装调试完成。
* 克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便
维护设备。
二. 变频收卷系统构成
1． 系统框图 2． 变频收卷的控制原理
* 卷径的计算原理：根据V1=V2来计算收卷的卷径。因为V1=ω1*R1,
V2=ω2*Rx.因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的
纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt Δn1*C1=i*Δn2*C2(Δn1---单位
时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、
C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i---减速比) Δn1*π*D1=
Δn2*π*D2/i D2=Δn1*D1*i/Δn2,因为Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷编码
器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的线数). Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即
测长辊转一圈,由霍尔开关产生一个信号接到PLC.那么D2=D1*i*P2/ΔP2,
这样收卷盘头的卷径就得到了.
* 收卷的动态过程分析
要能保证收卷过程的平稳性,不论是大卷、小卷、加速、减速、停车
、启动都能保证张力的恒定.需要进行转矩的补偿.整个系统要启动起来,
首先要克服静摩擦力所产生的转矩,简称静摩擦转矩,静摩擦转矩只在启
动的瞬间起作用;正常运行时要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩,滑
动摩擦转矩在运行当中一直都存在,并且在低速、高速时的大小是不一样
的。需要进行不同大小的补偿,系统在加速、减速、停车时为克服系统的
惯量,也要进行相应的转矩补偿,补偿的量与运行的速度也有相应的比例
关系.在不同车速的时候,补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩
、停车转矩、启动转矩；克服了这些因素,还要克服负载转矩,通过计算
出的时实卷径除以2再乘以设定的张力大小,经过减速比折算到电机轴.这
样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。总结:电机的输出转矩=
静摩擦转矩(启动瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩.<1>在加速时还要加上
加速转矩;<2>在减速时要减去减速转矩.<3>停车时,因为是通过程序控制
减速至设定的最低速,所以停车转矩的补偿同减速转矩的处理.
* 转矩的补偿标准
(1) 静摩擦转矩的补偿:因为静摩擦转矩只在启动的瞬间存在,在系
统启动后就消失了.因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以
一定的百分比进行补偿.
(2) 滑动摩擦转矩的补偿:滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过
程中都是起作用的.补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准.补偿量的
大小与运行的速度有关系。所以在程序中处理时，要分段进行补偿。
(3) 加减速、停车转矩的补偿：补偿硬一收卷电机的额定转矩为标
准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。
* 计算当中的公式计算
(1) 已知空芯卷径Dmin=200mm,Dmax=1200mm;线速度的****值
Vmax=90m/min,张力设定****值Fmax=50kg(约等于500牛顿);减速比i=9;
速度的限制如下:
因为:V=π*D*n/i(对于收卷电机)=>收卷电机在空芯卷径时的转速是
最快的.所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min;
(2) 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,
启动转矩低而且非线性.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.计算如下:
对于四极电机而言其同步转速为:n1=60f1/p=>n1=1500r/min.
=>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min
当达到****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.
(3) 张力及转矩的计算如下:如果F*D/2=T/i,=>F=2*T*i/D对于22KW
的交流电机,其额定转矩的计算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.所以
Fmax=2*140*9/0.6=4200N.
* 硬件配置
西门子PLC+艾默生TD3300变频器+HITECH人机
* PLC接线图
3． 程序的实现
3． 程序的实现
