1 引言     表面處理生產線是對布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學材料的過程，是個張力控制過程。本方案采用速度模式下的張力閉環控制，為矢量變頻器普通速度模式下作pid閉環控制，頻率指令由pid輸出調節量和同步匹配指令疊加構成，在此方案中，避免了因轉矩變化范圍過大而無法控制的局面，同時，由于頻率指令由同步匹配指令和pid調節輸出疊加，可以減少pid的調節量。實踐證明，本方案是成功的。

2 初始方案介紹     表面處理生產線是對布匹、廣告紙等材料表面涂一層特殊的化學材料的過程，整條生產線使用的都是艾默生的td3000系列變頻器，在生產線的最后環節收卷－，使用的是艾默生td3300變頻器。生產線的后半段環節工藝圖（牽引三和收卷一、二）如圖1所示。

            圖1 表面處理生產線示意圖

（1）牽引三的變頻器為td3000 5.5kw，控制4kw電機，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，電機額定轉矩為70n.m，ie=24.8a，兩臺收卷電機輪流工作。 （3）收卷條件      卷徑變化范圍：216～1500mm；      張力變化：200n～1800n；      減速比：43。      按照以上要求，計算出收卷時需要最小轉矩為：      tmin =dmin×fmin/(i×1000)     　=216×200÷43÷1000＝1      變頻器輸出轉矩為：1/70=1.45％      最大時變頻器輸出轉矩與額定轉矩之比為：      tmax=dmax×fmax/i/tn=89.7％；     按照計算出來的轉矩變化，范圍大，而且在最小轉矩時，所需轉矩太小，而td3300變頻器，作開環張力控制時，實際上是轉矩控制，轉矩控制的精度比矢量變頻器的速度控制要低得多，對變頻器要求轉矩最小輸出達到10％以上，而且要求tmax/tmin最好小于7，從這一方面考慮，使用開環張力控制很難實現這種工況下的控制。綜合分析現場的工況，因無法實現轉矩控制，由于還裝有一個張力傳感器，可以考慮作速度模式下的張力閉環控制。 3 方案修改

（1）修改后的方案圖      修改后的方案如圖2所示。

            圖2 修改后的方案

    速度模式下的張力閉環控制，為矢量變頻器普通速度模式下作pid閉環控制，頻率指令由pid輸出調節量和同步匹配指令疊加構成，在此方案中，避免了因轉矩變化范圍過大而無法控制的局面，同時，由于頻率指令由同步匹配指令和pid調節輸出疊加，可以減少pid的調節量。 （2）同步匹配頻率指令的計算方程式      f=(v×p×i)/(d×π)      v —材料線速度；      p —電機極對數；      i —機械傳動比；      d —卷筒的卷徑。 （3）變頻器的運行頻率      f1=f+δf      δf—pid調節輸出量。 （4）卷徑計算：厚度積分法     根據材料的厚度按照卷筒旋轉的圈數進行卷徑累加（收卷）或遞減（放卷），因每層只有一圈，設定每層圈數為1，計圈的方法通過編碼器（pg）獲得，材料變化時，通過總線通訊由觸摸屏直接修改材料厚度參數。 （5）線速度信號      通過前級牽引艾默生td3000變頻器的ao1模擬端子輸出信號給艾默生td3300變頻器的ai2模擬輸入端子，調整ao1的增益和零偏，保證模擬量和線速度的對應關系。 4 調試過程 按照系統設計接線完畢后，開始調試過程。

（1）張力反饋裝置的調整      測試張力傳感器的曲線，在調整之前，其傳感器的輸出范圍0～2v，對應張力為0～2000n，考慮到其變化范圍太小，不好控制，聯系三菱公司的技術人員對傳感器做了一定的調整。主要是擴大輸出范圍為0～10v對應0～2000n。 （2）速度信號一致性的調整             計算最大線速度：             lmax =n×d×π/(i×60)             =1470×0.3×3.14/(35×60)=40m/s             艾默生td3300變頻器設置：             fc.03=40 m/s 最大線速度             艾默生td3000變頻器設置：             f6.08=0 運行頻率輸出;             f6.10=-1.00％ ao1零偏;             f6.11=1.1 ao1增益。     適當調整艾默生td3000變頻器的ao1輸出零偏和增益，保證艾默生td3000變頻器運行在50hz時，其ao1端子輸出為20ma，通過艾默生td3300變頻器ai2顯示為10v，在零頻運行時，艾默生td3300顯示0v。由于考慮到系統需要進行點動控制（此時td3000不運行，只運行收卷變頻器），設置ao1輸出偏移-1.0％，使得在牽引三不運行的情況下，能保證收卷有較小的線速度輸入，在全線啟動前進行點動控制，將多余的布先卷起來。

（3）電機參數的自學習     系統中牽引、收卷變頻器都為高性能的矢量控制變頻器，為保證系統的控制精度和性能，在正常使用之前，要求要進行電機參數的自辨識，在做參數自辨識時，將電機所帶的減速箱脫離。自辨識前電機參數設定如表1所示。

在設定完電機參數后，設定f1.09=1，f1.10=1進行調諧，調諧結果如表2所示。

 f1.16/f1.03=35.8％，在范圍30％～50％以內，調諧結果正常。

（4）其他參數的設定      根據系統的方案，設定的參數如表（3～6）所示。基本參數設定如表3所示。

    設置加減速時間為1s，保證收卷變頻器能夠快速響應，及時跟蹤牽引變頻器的輸出。同時，設置牽引艾默生td3000變頻器的加減速時間為120s，使其變化比較緩慢，保證系統在加減速過程中的穩定性。張力控制參數設定如表4所示。

   　變頻器工作在速度模式下的張力閉環控制，張力設定通過參數數字設定，也可以通過總線通訊由觸摸屏直接修改此參數值。卷徑來源采用厚度積分法，材料厚度為0.18mm，在后期根據材料的變化，再通過觸摸屏修改此參數。過程pid控制參數如表5所示。

            通訊參數如表6所示

    整個系統通過總線通訊控制，變頻器的起停信號、收卷之前的變頻器的頻率給定都由觸摸屏設定，ppo模式選擇為3。

（5）系統調試      在調試過程中,主要出現了兩個問題,困擾了很長時間: ● 設置參數后，在運行過程中，每隔一段時間（大約3min）就出現一次很大的波動，張力值設定由穩定的4v跳到在0v～10v之間波動。首先懷疑的是pi參數沒有調整好，反復地修改兩組pi參數，包括采樣時間ti、偏差極限，效果都不明顯，無法解決問題。接下來懷疑設備的機械問題，和信遠的朱工一起檢查設備的機械情況，看是否有機械上面的原因，導致運行過程中出現周期性的波動，結果也是一無所獲。后直接將采樣時間設定為0，再次運行時，周期性的波動完全消除，觀察了30min，系統都能穩定運行，證實此問題已經解決。設置為0代表的是實時采樣，系統響應的速度更快。 ● 在低速運行正常后，一到大卷徑高速階段，就出現了收卷跟不上牽引的情況，導致材料松下來。出現這一情況時，重點檢查了張力反饋、收卷變頻器的參數設定，發現轉矩限定設置為8％了，將此參數改為100％后正常。轉矩限定設定為10％，那么在變頻器運行到大卷徑高速段后，出現變頻器輸出轉矩到達限定值，無法滿足負載轉矩的需求，因而出現轉速跟蹤不上。而設定這一參數的原因是在開始試機時，為防止將布匹拉斷，而實際的輸出轉矩基本在5％以下，因而設定轉矩限定為10

 5 結束語     通過這一次的td3300調試，對艾默生td3300變頻器各種控制的原理和調試方法有了一個深刻的認識，對自己技術水平的提高起了很大的作用，同樣也對今后的調試工作有一個很好的指導作用。本方案在實際應用中取得了成功，為類似過程控制提供有益的經驗。