微能WIN-VC矢量型變頻器在不銹鋼磨砂機上的收卷應用

　　一、前言

　　隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進程的加快，不銹鋼所具有的輕巧、環(huán)保、美觀等優(yōu)點被大量使用，尤其是在大城市和沿海城市，不銹鋼的使用數(shù)量已超過歐美國家。不銹鋼已廣泛應用于汽車工業(yè)、水工業(yè)、建筑業(yè)、家電業(yè)、環(huán)保工業(yè)等現(xiàn)代化工業(yè)中，可以這樣說，中國城市化的過程就是擴大使用不銹鋼的過程。在最近幾年，不銹鋼行業(yè)取得了飛速的發(fā)展，面臨著前所未有的巨大機遇，眾多國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)受到生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)條件的限制，生產(chǎn)的產(chǎn)品還處于中、低端市場，競爭力不強。用先進的自動化控制技術(shù)來提升我國裝備制造業(yè)水平，縮短與世界先進生產(chǎn)設(shè)備的距離，對生產(chǎn)設(shè)備進行升級換代，已刻不容緩。由深圳市微能科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的高性能強功能矢量型變頻器—WIN-VC系列產(chǎn)品，該變頻器達到了極高的響應性和穩(wěn)定性，真正能在各種工業(yè)現(xiàn)場應用自如，是國內(nèi)眾多工業(yè)設(shè)備和自動化機械制造客戶的首選。通過WIN-VC矢量型變頻器在不銹鋼磨砂機張力收卷上的成功應用表明，以前進口品牌在收、放卷、提升等變頻器高端應用領(lǐng)域壟斷的局面將被打破，WIN-VC系列變頻器的面世將大大促進我國裝備制造業(yè)總體水平的提高。

　　二、張力控制變頻收卷應用及工藝要求

　　2.1 原收卷裝置的弊端

　　在不銹鋼的加工過程中，它的磨砂和清洗工藝是否先進對產(chǎn)品品質(zhì)起著決定性的作用，系統(tǒng)一般由以下部分組成：放卷、收卷由兩臺5.5KW電機驅(qū)動，壓輥、磨砂帶各由1臺2.2KW電機驅(qū)動，四個動力點的速度都由同步控制器輸出0-10V信號，控制變頻器同步運行。不銹鋼板從放卷電機開卷，經(jīng)前整壓輥引入進入生產(chǎn)線，通過磨砂帶的高速旋轉(zhuǎn)打磨拋光，進入到清洗水箱進行液體噴射清潔、高壓風機干燥處理后，由收卷電機進行收卷、包裝。

　　現(xiàn)有系統(tǒng)的弊端有以下幾點：1）四個傳動點由于各動力點的受力不均勻，無法在同一線速度下實現(xiàn)同步運行。2）放卷電機由普通變頻器驅(qū)動，經(jīng)常在手動模式下由于操作工后兩個傳動點開得太快，使V1經(jīng)常跳OU故障，容易引起飛車危險。3）壓輥、磨砂電機在低速時易打滑，影響產(chǎn)品品質(zhì)。4）收卷處電機V4經(jīng)常出現(xiàn)過載和失速現(xiàn)象，鋼帶經(jīng)常出現(xiàn)張力過大繃緊變形，或者達不到內(nèi)緊外松的收卷要求。5）在上料、下料時不易控制，危及操作工的安全。

　　2.2 微能WIN-VC變頻器簡介

　　解決上述弊端的方法：必須保證四個傳動點的線速度V1=V2=V3=V4；V1和V4能工作在恒張力模式下，進行速度/力矩控制。用變頻器做恒張力控制的實質(zhì)是閉環(huán)矢量控制，即加旋轉(zhuǎn)編碼器進行速度反饋。對收卷來說，收卷的卷徑是由小到大變化的，為了保證恒張力，所以要求電機的輸出轉(zhuǎn)矩要由小到大變化。在收卷的過程中，小卷、大卷啟動時的瞬間加速、減速、停車，都要在不同卷徑下進行不同的轉(zhuǎn)矩補償，這樣才能使得收卷的整個過程很穩(wěn)定，避免小卷時張力過大，而大卷啟動時松馳現(xiàn)象。 V2、V3在低速時保證足夠的轉(zhuǎn)矩，保證上料過程中不出現(xiàn)打滑、倒退的現(xiàn)象。由深圳市微能科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的無感矢量型WIN-VB、電流矢量型WIN-VC變頻器產(chǎn)品可滿足上述要求。
WIN-VC變頻器是一款通用高性能矢量變頻器，是真正的電流矢量控制變頻器，以先進技術(shù)的控制理論為基礎(chǔ)，通過智能化的控制手段，使變頻器控制的調(diào)速系統(tǒng)達到了極高的響應性和穩(wěn)定性，具有高起動轉(zhuǎn)距、低速穩(wěn)定性好，精確的力矩控制、節(jié)能控制、零伺服功能、下垂控制（DROOP）等強大功能，達到同類進口產(chǎn)品的性能，真正能在各種工業(yè)現(xiàn)場應用自如。WIN-VC可實現(xiàn)四種控制方式：

無PG矢量控制：應用于所有需要變速驅(qū)動的場合 有PG矢量控制：簡易伺服驅(qū)動，高精度速度控制，力矩控制的場合 無PG V/f控制： 傳統(tǒng)的變頻器控制方式，可使一臺變頻器驅(qū)動多臺電機 有PGV/f控制： 簡易速度反饋控制

[$page]　　特別是在PG矢量控制方式下，以其極高的速度控制精度(+0.02%)、極高的零起動轉(zhuǎn)矩(在0r/min時達150%額定轉(zhuǎn)矩)并可實現(xiàn)力矩控制，與PLC配合使用，可以實現(xiàn)速度鏈控制、自動負荷控制、自動速差控制等功能，在生產(chǎn)線傳動中得到大量應用，并取得了較好的控制效果。

　　2.3 變頻張力開環(huán)控制收卷系統(tǒng)組成

　　張力控制的定義：所謂的張力控制，就是能控制電機輸出的力矩，即輸出多少牛頓·米。反應到電機軸即能控制電機的輸出轉(zhuǎn)距。目前控制張力途徑有兩個：一是通過控制電機的速度來實現(xiàn)；二是通過控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)。WIN-VC變頻器可通過三種方式可實現(xiàn)張力控制：

張力閉環(huán)控制方式（速度模式）。通過PLC檢測和計算材料的線速度和卷徑的實時計算，由張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設(shè)定值構(gòu)成PID閉環(huán)，調(diào)整變頻器的輸出頻率。 張力開環(huán)控制方式（轉(zhuǎn)矩模式）。變頻器工作在閉環(huán)矢量方式下，系統(tǒng)須安裝旋轉(zhuǎn)編碼器�？刂葡到y(tǒng)簡單，無需張力反饋裝置，即可獲得穩(wěn)定的張力效果。這種控制方式適合在較低速度下的大張力控制，本文所要介紹的就是此種張力控制方式。 張力閉環(huán)控制方式（轉(zhuǎn)矩模式）。在b)的基礎(chǔ)上增加了張力反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)，由張力檢測裝置反饋張力信號與張力設(shè)定值構(gòu)成PID閉環(huán)，調(diào)節(jié)變頻器輸出轉(zhuǎn)矩，可實現(xiàn)精確的張力控制精度。

　　在 2.張力開環(huán)控制這種模式下，利用變頻器矢量控制的轉(zhuǎn)矩控制功能，實時的根據(jù)張力的設(shè)定值、錐度、補償量，以及卷軸直徑計算出所需要的轉(zhuǎn)矩，從而達到間接的控制張力的目的。結(jié)構(gòu)簡潔，效果非常好。系統(tǒng)組成如下: