1  前言

       所有卷繞機都存在一個共同現(xiàn)象，即卷繞物在收卷過程中卷筒越卷越大，卷筒直徑也隨之增大，由線速度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系（線速度L=轉(zhuǎn)速n*∏*D）可知如轉(zhuǎn)速n不變，隨著直徑D的增大，線速度L不斷加快，因此會造成卷繞物拉斷等不愿見到的結(jié)果，為滿足設(shè)備控制工藝要求，達到恒線速度控制目的，我們引入變頻器控制來實現(xiàn)。那么，通過變頻器如何來實現(xiàn)呢？常見的控制原理是通過放置編碼器實時檢測線速度信號，當(dāng)卷筒直徑增大導(dǎo)致線速度隨之增大，旋轉(zhuǎn)編碼器檢測輸出給變頻器的脈沖增多，通過與設(shè)定脈沖數(shù)比較，控制變頻器輸出頻率降低，從而降低電機轉(zhuǎn)速，達到恒線速度控制的目的。

       本文以臺達VE系列變頻器為例，來介紹通過變頻器，是如何實現(xiàn)恒線速度功能的。

2  VE系列變頻器實現(xiàn)恒線速度功能原理

       臺達VE系列變頻器內(nèi)含恒線速度功能的典型應(yīng)用模塊，使用時，大家只需要調(diào)用此模塊，按照模塊框圖設(shè)定好對應(yīng)的參數(shù)即可。圖1為典型應(yīng)用的系統(tǒng)硬件框圖。

圖1 典型應(yīng)用的系統(tǒng)硬件框圖

       從框圖上我們可以看到，VE系列變頻器所支持的恒線速度功能，是通過編碼器來檢測材料上的實時線速度，從而實現(xiàn)線速度死循環(huán)，滿足線速度恒定的要求。線速度的目標(biāo)值，一般是通過電位器或者通訊的方式，在變頻器上設(shè)定。以上方法是最常使用的方法，也是最基本的方法。

       與其他品牌變頻器不同之處在于，臺達VE系列變頻器的恒線速度模式，在常用方法的基礎(chǔ)上，引入了材料卷徑的因素，通過優(yōu)良的算法，實時計算材料卷徑，使在運行過程中變頻器能夠更加清楚運行狀態(tài)，調(diào)節(jié)更容易穩(wěn)定，參數(shù)設(shè)定也更加容易。

圖2 系統(tǒng)框圖

對應(yīng)系統(tǒng)框圖，我們來看看參數(shù)的設(shè)定步驟。

步驟一：調(diào)用恒線速度的模塊，將參數(shù)08-21設(shè)定為2。

步驟二：設(shè)定線速度命令來源08-25和08-26。

設(shè)定線速度回授來源08-27和08-37。

       在恒線速度模式下，目前08-27和08-37只支持脈沖輸入，即08-27=1，08-37=3。

       由于需要將編碼器信號轉(zhuǎn)化為線速度信號，所以我們還需要設(shè)定08-40。

設(shè)定最高線速度08-38和最低線速度08-39。

步驟三：設(shè)定機械相關(guān)參數(shù)。

機械齒輪比08-23和08-24

卷徑的情況，如最大卷徑08-43，最小卷徑08-44以及當(dāng)前卷徑08-54

步驟四：設(shè)定PID的相關(guān)參數(shù)

       通過以上設(shè)定，我們就完成了對恒線速度功能參數(shù)的設(shè)定。

       在某些場合，可能無法安裝材料實際線速度的檢測機構(gòu)，或者說由于打滑等原因，容易出現(xiàn)飛車等危險的情況。為了滿足這種情況，我們也可以采用開環(huán)的方式，即沒有實時的線速度回饋信號，來完成恒線速度的工作模式。由于臺達VE系列變頻器內(nèi)建有卷徑計算功能模塊，在實際運行過程中，當(dāng)實際卷徑發(fā)生變化時，我們只要能夠準確判斷出現(xiàn)有卷徑，就可以調(diào)整輸出頻率，從而達到線速度恒定的目的，這樣我們就可以通過開環(huán)的方式來實現(xiàn)恒線速度的運行。

       目前VE內(nèi)建的卷徑計算功能模塊如下：

       我們能夠采用的是第一、第二、第三種模式。第二種模式，我們只需要采用一個帶編碼器的電機即可實現(xiàn)，安裝簡單方便；第一種模式，我們就需要在收卷輥上安裝一個接近開關(guān)，主要作用是計算收卷輥旋轉(zhuǎn)了多少圈；第三種模式，就需要借助專門的檢測裝置了，價格相對較高。這里需要特別提出的是：使用第一/第二種方式來計算卷徑，有一定的局限性，即需要設(shè)定材料厚度，材料厚度不均勻的話，做出來的效果就不會太好；而且對于線材來說，除非每排排列的很整齊，否則也不太適合使用。此種模式比較適合用于材料厚度均勻的片材。

       為了達到這種工作模式，我們需要借助于張力死循環(huán)速度模式。下面我們來看看是如何實現(xiàn)的。
張力死循環(huán)速度模式的典型應(yīng)用系統(tǒng)框圖如圖3。

圖3 張力死循環(huán)速度模式系統(tǒng)框圖

      與我們提到的開環(huán)恒線速度相比，以上部分多了PID的部分，所以我們只需要將PID的功能關(guān)閉即可。下面我們來看看參數(shù)的設(shè)定步驟。

步驟一：調(diào)用恒線速度的模塊，將參數(shù)08-21設(shè)定為1。

步驟二：設(shè)定線速度命令來源08-37。

一般來說，使用模擬量的場合較多，即選項1。
設(shè)定最高線速度08-38和最低線速度08-39

步驟三：設(shè)定機械相關(guān)參數(shù)。
機械齒輪比08-23和08-24。

卷徑的情況，如最大卷徑08-43，最小卷徑08-44以及當(dāng)前卷徑08-54。

對于卷徑計算，我們介紹一下剛才提到的三種方法需要設(shè)定的參數(shù)。

當(dāng)08-42=1時，我們需要08-49，08-50，08-51；

當(dāng)08-42=2時，我們需要08-50，08-51，10-00，10-01；

當(dāng)08-42=3時，我們只需要將對應(yīng)的仿真量端子功能定義為13即可。

步驟四：設(shè)定PID的相關(guān)參數(shù)。

由于此模式?jīng)]有線速度的回饋，所以關(guān)閉PID功能即可，也就是將08-29=0，08-30=0。

3  結(jié)束語

       以上談到的兩種模式經(jīng)過分切機的測試，完全能夠達到恒線速度的要求：使用第一種恒線速度模式，隨著實際卷徑的變化，線速度能夠保持與設(shè)定值一致，且基本無誤差；使用第二種方式（開環(huán)恒線速度模式），實際線速度與設(shè)定值的誤差量也很小?？蛻魧Φ谝环N方式表示非常滿意，在要求不高的場合，對第二種方式也可以接受。

作者簡介：

       王浩，男，1978年出生，畢業(yè)于武漢科技大學(xué)自動化專業(yè)，目前任職于中達電通變頻器產(chǎn)品開發(fā)處，負責(zé)臺達變頻器新產(chǎn)品的測試、推廣和培訓(xùn)工作，經(jīng)驗豐富，知識全面。