台达变频器在纺织织带盘带机上的应用

1 引言
中国作为世界纺织大国，棉纱、棉布、呢绒、丝织品、化纤、服装等产量均居世界第一位,服装出口也多年来始终保持着世界第一位。纺织产业在中国占有举足轻重的地位。纺织织带是指以各种纱线为原料制成狭幅状织物或管状织物，其品种繁多，广泛用于服饰、工业、农业、军需、交通运输等各产业部门。欧美等发达国家的织带行业起步较早，已完全进入成熟期，由于生产成本高等因素将织带行业转到发展中国家生产。目前中国是世界上最大的织带生产企业，但是近年由于印度、越南等地拥有的劳动成本优势正在成为中国纺织业的竞争对手，通过提高以自动化为核心的技术竞争力才能保持世界第一的产业优势。
2盘带机自动化系统设计
2.1 盘带机工艺
（1）工艺原理：纺织织带盘带机设备工艺目的是把大卷的带材卷成长度一定的小卷。系统结构以及收卷结构如图1所示

图1盘带机系统工艺与收卷结构
（2）工艺指标设计：带材上的张力要恒定，从而保证卷曲材料的内外卷曲张力恒定。每一个工序从空芯安装到机器上到满卷停车成品下线，需要卷曲长度为15m的时间不大于12s，卷曲长度为30m的时间不大于15s，包括变频器启动停止时间以及机械动作时间（从上空卷到满卷产品完成）。经过测量，机械动作时间会占用6s左右，所以当卷曲长度15m时变频器从启动到停止的时间不能大于6s，卷曲长度为30m时变频器从启动到停止的时间不能大于9s。由于用户要求停止后定长切割，在牵引轮上安装有编码器用来测量长度，所以系统要精确停止。
2.2 收卷系统分析
收卷采用泡沫卷心，并且是通过夹板与卷心之间的摩擦力来进行收卷，所以要求张力比较小。当张力较大时，容易让泡沫卷心变形，甚至粉碎。按照以图2加减速时间相等收卷速度设计，则有：L=1/2*T*V，（L为长度，T为时间，V为线速度）；经计算：当长度15m，变频器工作时间为6s时，带材最高速度300m/min；当长度30m，变频器工作时间为9s时，带材最快速度400m/min。

π * D * n = V ，其中D为直径，n为转速，V为线速度；如果按照最小工艺卷径D=38mm计算，当线速度为300m/min时，变频器运行的频率为84hz（2515rpm）；当线速度为400m/min时，变频器运行的频率为112hz（3352rpm）。
                         图2 收卷速度分析
2.3自动化系统结构
（1）方案的确定：此系统要求张力小响应快。根据公式F=m*a，F为张力，m为质量，a为加速度，如果要求张力小，则要求F小；当F小时，要求a就小；如果要求响应快，则要求a大；当a大时，要求F就大。所以最终决定采用加张力摆杆，收卷工作在张力闭环状态下。测量后摆杆的幅度为1VDC-8VDC。结构图如图3所示。变频器接线如图4所示。

图3自动化工艺结构

图4 变频器接线图

（2）速度曲线设计：为了满足加减速时间，同时希望最高速度保持在一定范围内，所以最终决定将速度运行曲线做适当修改，除了加速过程和减速过程，还增加一个稳速过程，速度图形如图5所示。

图5速度曲线
如果按照以上曲线运行，当长度30m，变频器工作时间为9s时，将加速时间，稳速时间以及减速时间都设定为3s，则理论上带材最快速度只需要300m/min，最高线速度有所降低。
2.3 张力控制系统
（1）放卷：采用恒线速度运行方式，当前线速度由PLC通过通讯方式给定；放卷电机安装有编码器，卷径通过厚度积分法来实现，需要设置材料的厚度；由于此系统配置HMI，材料厚度由客户自行设定。电机运转速度由当前线速度和当前卷径来计算。
（2）收卷：摆杆信号接入到收卷变频器。为了实现恒张力控制，就必须保证收卷跟随上放卷的线速度，即保证在整个运转过程中使摆杆稳定在某个位置。这就决定了需要收卷电机速度响应而且在控制上能够实现摆杆的快速稳定，特别是在加速过程和减速过程。为了提高电机的速度响应，电机尾部增加编码器，让变频器工作在闭环控制模式下；为了实现摆杆的快速稳定，使用了变频器内部的卷径计算模块和摆杆PID模块，卷径计算通过厚度积分法来计算。
3 系统调试
3.1 放卷变频器
由于放卷电机安装有编码器，所以让变频器工作在闭环模式下。PLC实现卷径计算，设置材料的实际厚度以及线速度来源以及机械齿轮比。线速度通过通讯由PLC给定。
3.2 收卷变频器
由于放卷电机安装有编码器，所以让变频器工作在闭环模式下。PLC实现卷径计算模块并设置材料的实际厚度线速度来源以及机械齿轮比。线速度通过通讯由PLC给定。
－－以及摆杆PID模块。设置目标值以及反馈来源，摆杆的反馈电压范围为1VDC-8VDC。根据运行情况设置适当的P，I，D值以及PID限制。根据调试情况，为了满足快速响应性，P值需要适当设置大点，I值设置偏小；为了防止出现过冲现象，PID限制相对设置小。
限于篇幅，台达变频器具体参数设置略。
4 结束语
经过实际测试，卷绕出来的产品质量与运行速度上满足盘带机自动化要求。实际测试，当卷曲长度15m时整个过程时间在9.5s，变频器从启动到停止的时间为5.4s，卷曲长度为30m时整个过程时间在12.9s，变频器从启动到停止的时间不能大于8.8s，均小于工艺要求，客户十分满意。