浅谈变频器TD3300在超级压光机中的应用

1 前言
　　超级压光纸简称SC纸，以价格低廉的磨木浆、化学机械浆或废纸脱墨浆以及麦草浆为主要原料，配以少量的长纤维化学浆，并添加30%以上的填料制成，其平滑度达 500S以上，不透明度达85%以上，裂断长纵横平均达3000m以上，其质量可和低定量涂布纸比美，可用作广告、目录、插页等彩色印刷。由于该工艺使用大量填料和高得率的磨木浆或化机浆，可节省纤维和木材资源，因此可大大降低成本。纸页经压光机压光后，可以提高纸页的平滑度、光泽度和紧度，使纸页全幅厚度一致，从而改善纸张的外观质量，并减少透气度。图一所示的超级压光机主要分为放卷装置(又称退纸器)、压光辊装置(含主电机)和收卷装置等。原纸从放卷装置处经引纸辊依次通过各纸粕辊和冷铸辊后进入中心收卷。本文论述的就是如何采用变频控制来完成超级压光机的传动控制。
　　

图一 超级压光机简图
　　2 超级压光机的变频控制
　　2.1 开环的张力控制方案
　　超级压光机在快速启停及中间连续调速过程中必须保证纸页的张力恒定，否则收取的纸页就会卷曲、折页甚至断裂，严重影响产品的质量和产量。本系统中利用变频器的组合来达到精确的张力控制，我们知道一般情况下可以通过两种方式可以满足这样的要求:一是通过控制电机的速度来实现，二是通过控制电机的转矩来实现。由于考虑到安装张力传感器的成本和条件，故采用开环的张力控制来实现。当然在这种控制方式下，从而降低了系统的成本和难度。
　　由设定的张力和卷筒的卷径可以计算出变频器的转矩指令，其公式如下:
　　T=(F X D) / (2 X i )
　　其中:T 为变频器的输出转矩指令;F为张力设定指令;D为卷筒的卷径;i为机械传动比。
　　本方案必须考虑到线速度检测信号、卷径计算和张力锥度控制，这样才能准确地控制电机的转矩输出，保持张力的恒定。
　　2.2 超级压光机的变频组构
　　超级压光机的主传动功率的计算可以根据以下:
　　P = K x B x V x N
　　其中为电动机功率(KW);K为常系数，一般取0.015~0.026;B为幅宽;V为工作车速(M/min);N为辊数(根)。
　　以四川某造纸厂为例，采用十二辊超级压光机，收卷的纸张宽1M，厚10um，设计车速为250米/分。则选用的主牵引电机(变频器)功率为 = 0.018 X 1 X 250 X 12 = 54KW，因此可以选用55KW的变频器。本系统采用高性能的矢量变频器TD3000，配置如下:主牵引变频器:
　　TD3000-4T0550G、收卷变频器: TD3300-4T0055G。另外收卷电机采用变频电机，并加装旋转编码器(欧姆龙、1024线输出)
　　

图二 超级压光机电气配置简图
　　2.3 变频调速控制描述
　　本系统用TD3000矢量开环控制来驱动主传动电机，收卷变频器TD3300采用开环张力控制模式。主牵引的速度给定从AI1输入，控制精度达1%~0.5%。TD3300采用前级主牵引变频器TD3000的模拟输出口AO2(输出TD3000变频器的运行频率)来得到线速度，并进行卷径计算;张力设定信号由AI1获取;旋转编码器的信号分别接到PGP/COM/A-/B-口。
　　3 超级压光机收卷变频器的调试步骤
　　3.1 初步检查变频器、电机、旋转编码器的接线及铭牌参数。
　　电机铭牌:额定功率5.5kw，额定电压380V，额定频率50Hz，额定电流11.6A，额定转速1440RPM.旋转编码器:欧姆龙1024线输出，供电电压24VDC，A\B\Z开路集电极输出。
　　3.2 完成变频器电机参数自辨识
　　重点检查变频器辨识出的电机的空载电流，电机空载电流正常应在电机额定电流的30%～50%范围内。TD3300变频器实际辨识出电机的空载电流为4.9A，是电机额定电流的42%，在正常范围之内。
　　3.3 初步测试变频器对电机的驱动能力
　　TD3000变频器设置为开环矢量控制模式，TD3300设置为闭环矢量控制模式，TD3300变频器应在(FB编码器功能项)设置编码器的参数(FB.00=1024)，在键盘控制模式测试变频器对电机的驱动能力，重点观测变频器的输出频率的稳定性和输出电流的大小，特别关注TD3300变频器的输出电流，若在空载的情况下，输出电流偏大并且报过流故障，应该是旋转编码器的A\B相接线有误，更换A\B相接线或更改变频器内PG接线的方向设定(功能码FB.01)。

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　　F8.03=1000，根据现场调试情况修改，满足张力设定电位器的调整要求;
　　F8.08=0，初步设定卷径不计算，保证初步测试时张力的稳定;
　　F8.09=500，设备厂家提供，建议比厂家提供的数值稍大一些;
　　F8.10=170，设备厂家提供，空芯卷轴的直径;
　　F8.12=170，卷径复位用，与F5.03(多功能端子X3)=12，卷径复位1指令配合使用;
　　F8.16=170，TD3300变频器初步启动时计算变频器输出转矩用;
　　F8.17=0，正向，由于收卷电机处于电动状态，力矩输出应与转速方向一致，即正向。
　　参数设置后设备运行较好，客户反映随着卷径的增加，张力越来越小，这是卷径未计算的结果。
　　3.6 加卷径计算功能，再次带载运行
　　F8.08=1，设定卷径来源选择线速度计算法;
　　FC.00=2，AI2设定，来自主牵引变频器TD3000的AO2(运行频率)口的输出。
　　FC.03=250m/min，设备厂家提供，FC.00*FC.03=当前线速度V，变频器根据公式=(i*V)/(л*n) 计算当前卷径;
　　FC.04=80 m/min，防止TD3300变频器在速度较低时卷径计算不准导致变频器输出力矩的波动;当TD3300变频器运行的线速度低于FC.04设定值时，卷径计算功能停止，保持当前卷径值;当TD3300变频器运行的线速度大于FC.04设定值时，卷径计算功能重新使能。
　　再次带载测试，收卷过程张力平稳，达到要求。但客户反映TD3300刚启动时力矩突加较猛，纸张容易拉断，修改F3.12功能项，使TD3300变频器启动时转矩斜坡方式产生，减缓启动时的力矩突变，至此完全满足客户的工艺要求。
　　(注:此系统由于设备惯量较小，全过程张力恒定，未使用惯量补功能偿和张力锥度控制功能)
　　4 结束语
　　本系统采用TD3000 TD3300的变频收卷方案后，现场配置简洁，工作稳定，调试方便。实际的收卷效果非常理想，端面整齐，张力稳定。正是基于变频器TD3300的张力控制特点，加上其完善的功能、高可靠性和优秀的性能价格比，满足了用户对于纺织、造纸、冶金等各个领域的不同要求

　　3.4 完成TD3000和TD3300的信号接口测试共2页。
　　完成TD3000变频器模拟输出口AO2(F6.07=1)和TD3300变频器模拟输入口AI2(F6.01=0，F6.04=1.0)的相关参数设置，检查TD3300变频器接口板AI2上V/I端口的跳线在I侧，并校正TD3000模拟输出口AO2的输出和对应的TD3300模拟输入口AI2的线性度(临时修改TD3000变频器AO2口(F6.07=0)为设定频率输出，设定F3.03=0，通过修改F3.04的值可改变AO2口的输出值。利用TD3300键盘停机时可显示AI2的输入电压值-设定FD.02=1024，在TD3000和TD3300上电不运行的情况下，修改TD3000变频器F6.10-AO2零偏调整和F6.11-AO2增益设定，可完成其线性度的校正)。
　　3.5 设置TD3000和TD3300变频器的其他相关运行参数，初步带载试运行。
　　F3.06=3，开环张力控制模式;
　　F1.00=2.81，设备厂家提供的收卷电机与收卷卷轴的转速比;
　　F5.03(多功能端子X3)=12，卷径复位1指令;
　　F8.00=0，收卷模式;
　　F8.01=1，AI1设定;
　　F8.03=1000，根据现场调试情况修改，满足张力设定电位器的调整要求;
　　F8.08=0，初步设定卷径不计算，保证初步测试时张力的稳定;
　　F8.09=500，设备厂家提供，建议比厂家提供的数值稍大一些;
　　F8.10=170，设备厂家提供，空芯卷轴的直径;
　　F8.12=170，卷径复位用，与F5.03(多功能端子X3)=12，卷径复位1指令配合使用;
　　F8.16=170，TD3300变频器初步启动时计算变频器输出转矩用;
　　F8.17=0，正向，由于收卷电机处于电动状态，力矩输出应与转速方向一致，即正向。
　　参数设置后设备运行较好，客户反映随着卷径的增加，张力越来越小，这是卷径未计算的结果。
　　3.6 加卷径计算功能，再次带载运行
　　F8.08=1，设定卷径来源选择线速度计算法;
　　FC.00=2，AI2设定，来自主牵引变频器TD3000的AO2(运行频率)口的输出。
　　FC.03=250m/min，设备厂家提供，FC.00*FC.03=当前线速度V，变频器根据公式=(i*V)/(л*n) 计算当前卷径;
　　FC.04=80 m/min，防止TD3300变频器在速度较低时卷径计算不准导致变频器输出力矩的波动;当TD3300变频器运行的线速度低于FC.04设定值时，卷径计算功能停止，保持当前卷径值;当TD3300变频器运行的线速度大于FC.04设定值时，卷径计算功能重新使能。
　　再次带载测试，收卷过程张力平稳，达到要求。但客户反映TD3300刚启动时力矩突加较猛，纸张容易拉断，修改F3.12功能项，使TD3300变频器启动时转矩斜坡方式产生，减缓启动时的力矩突变，至此完全满足客户的工艺要求。
　　(注:此系统由于设备惯量较小，全过程张力恒定，未使用惯量补功能偿和张力锥度控制功能)
　　4 结束语
　　本系统采用TD3000 TD3300的变频收卷方案后，现场配置简洁，工作稳定，调试方便。实际的收卷效果非常理想，端面整齐，张力稳定。正是基于变频器TD3300的张力控制特点，加上其完善的功能、高可靠性和优秀的性能价格比，满足了用户对于纺织、造纸、冶金等各个领域的不同要求。共2页。
　　完成TD3000变频器模拟输出口AO2(F6.07=1)和TD3300变频器模拟输入口AI2(F6.01=0，F6.04=1.0)的相关参数设置，检查TD3300变频器接口板AI2上V/I端口的跳线在I侧，并校正TD3000模拟输出口AO2的输出和对应的TD3300模拟输入口AI2的线性度(临时修改TD3000变频器AO2口(F6.07=0)为设定频率输出，设定F3.03=0，通过修改F3.04的值可改变AO2口的输出值。利用TD3300键盘停机时可显示AI2的输入电压值-设定FD.02=1024，在TD3000和TD3300上电不运行的情况下，修改TD3000变频器F6.10-AO2零偏调整和F6.11-AO2增益设定，可完成其线性度的校正)。
　　3.5 设置TD3000和TD3300变频器的其他相关运行参数，初步带载试运行。
　　F3.06=3，开环张力控制模式;
　　F1.00=2.81，设备厂家提供的收卷电机与收卷卷轴的转速比;
　　F5.03(多功能端子X3)=12，卷径复位1指令;
　　F8.00=0，收卷模式;
　　F8.01=1，AI1设定;