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變頻供水設備技術問答

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變頻矢量技術在張力控製中應用的實現

      在工業生產的很多行業中,都要進行精確的張力控製,保持張力的恒定,以提高產品的質量。諸如機械、石油、化工、塑膠、紡織、印刷、市政生活(汙水處理)、建築、交通等行業領域都被廣泛應用。在變頻技術還沒有成熟以前,通常采用直流控製,以獲得良好的控製性能。隨著變頻技術的日趨成熟,出現了矢量控製變頻器、張力控製專用變頻器等一些高性能的變頻器。其控製性能已能和直流控製性能相媲美。由於交流電動機的結構、性價比、使用、維護等很多方麵都優於直流電動機,矢量變頻控製正在這些行業被越來越廣泛的應用,有取代直流控製的趨勢。
張力控製的目的就是保持線材或帶材上的張力恒定,矢量控製變頻器可以通過兩種途徑達到目的:一、通過控製電機的轉速來實現;另一種是通過控製電機輸出轉矩來實現。
速度模式下的張力閉環控製
速度模式下的張力閉環控製是通過調節電機轉速達到張力恒定的。首先由帶(線)的線速度和卷筒的卷徑實時計算出同步匹配頻率指令,然後通過張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設定值構成PID閉環,調整變頻器的頻率指令。
同步匹配頻率指令的公式如下:
 F=(V×p×i)/(π×D)
其中:F變頻器同步匹配頻率指令V材料線速度p電機極對數(變頻器根據電機參數自動獲得)i機械傳動比D卷筒的卷徑
轉矩模式下的張力控製
一、轉矩模式下的張力開環控製
在這種模式下,無需張力檢測反饋裝置,就可以獲得更為穩定的張力控製效果,結構簡潔,效果較好。但變頻器需工作在閉環矢量控製方式,必須安裝測速電機或編碼器,以便對電機的轉速做精確測量反饋。
   轉矩的計算公式如下:
   T=(F×D)/(2×i)
  其中:T變頻器輸出轉矩指令F張力設定指令i機械傳動比D卷筒的卷徑
電機的轉矩被計算出來後,用來控製變頻器的電流環,這樣就可以控製電機的輸出轉矩。所以轉矩計算非常重要。這種控製多用在對張力精度要求不高的場合,在我鑫科公司就有廣泛的應用。如精帶公司的脫脂機、氣墊爐的收卷控製中都采用了這中控製模式。
二、轉矩模式下轉矩模式下的張力開環控製
      張力閉環控製是在張力開環控製的基礎上增加了張力反饋閉環調節。
      通過張力檢測裝置反饋張力信號與張力設定值構成PID閉環調節,調整變頻器輸出轉矩指令,這樣可以獲得更高的張力控製精度。其張力計算與開環控製相同。不論采用張力開環模式還是閉環模式,在係統加、減速的過程中,需要提供額 外的轉矩用於克服整個係統的轉動慣量。如果不加補償,將出現收卷過程加速時張力偏小,減速時張力偏大,放卷過程加速時張力偏大,減速時張力偏小的現象。
卷徑計算
      在所有的模式中都需要用到卷筒的卷徑,大家知道,在生產過程中開卷機的卷徑是在不斷變小,卷取機的卷徑在不斷變大,也就是說轉矩必須隨著卷徑的變化而變化,才能獲得穩定的張力控製。可見卷筒的卷徑計算是多麽地重要。卷徑的計算有兩中途徑:一種是通過外部將計算好的卷徑直接傳送給變頻器,一般是在PLC中運算獲得。另一種是變頻器自己運算獲得,矢量控製型變頻器都具有卷徑計算功能,在大多數的應用中都是通過變頻器自己運算獲得。這樣可以減少PLC程序的複雜性和調試難度、降低成本。
變頻器自己計算卷徑的方法有三種:
1、速度計算法:
通過係統當前線速度和變頻器輸出頻率計算卷徑。
其公式如下:
D=(i×V)/(π×n)D所求卷徑I機械傳動比n電機轉速V線速度
當係統運行速度較低時,材料線速度和變頻器輸出頻率都較低,較小的檢測誤差就會使卷徑計算產生較大的誤差,所以要設定一個最低線速度,當材料線速度低於此值時卷徑計算停止,卷徑當前值保持不變。此值應設為正常工作線速度以下。多數應用場合下的變頻器都使用這種方法進行卷徑計算。
2、模擬量輸入
當選用外部卷徑傳感器時,卷徑信號通過模擬輸入口輸入給變頻器。由於卷徑傳感器的性能、價格、使用環境等原因,在國內鮮有使用。
3、度積分法:
      根據材料厚度按卷筒旋轉圈數進行卷徑累加或遞減,對於線材還需設定每層的圈數。
這種方法計算要求輸入材料厚度,若厚度是固定不變的,可以在變頻器中設定。此方法在單一產品的生產場合被廣泛應用。
若厚度是需要經常變化的,需要通過人機界麵HMI或智能儀表將厚度信號傳送到PLC,由PLC或儀表進行運算後再傳送給變頻器。這種計算方法可以獲得比較精確的卷徑。在一般的國產設備上應用較少,我公司的進口設備,氣墊爐的收、放卷控製上就采用這種計算方式。

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