在各種專業(yè)期刊雜志上，對(duì)艾默生TD3300變頻器在紡織、造紙、冶金生產(chǎn)中的張力控制應(yīng)用案例介紹得比較多，但多為張力開環(huán)控制方案，對(duì)張力閉環(huán)控制方案介紹倒不多。本文以漿紗機(jī)收卷張力控制為例，采用TD3300變頻器的張力閉環(huán)控制方案，介紹在張力閉環(huán)控制調(diào)試過程中的調(diào)試步驟及注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：變頻器；漿紗機(jī)；張力閉環(huán)

1 前言

某棉紡廠使用1999年鄭紡機(jī)開發(fā)生產(chǎn)的ZGA-203雙漿槽漿紗機(jī)，可對(duì)1600支頭的低支棉到9000支頭的高支棉、張力從800N到3000N的多種紗線進(jìn)行漿紗，該設(shè)備屬當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)同類設(shè)備中的先進(jìn)產(chǎn)品。

該設(shè)備原傳動(dòng)方案采用的是單變頻+機(jī)械無級(jí)調(diào)速，即通過臺(tái)達(dá)VDF-A變頻器（18.5KW）調(diào)節(jié)主牽引電機(jī)（15KW）的轉(zhuǎn)速，主牽引電機(jī)再通過4個(gè)機(jī)械無級(jí)調(diào)速器（可人工微調(diào)機(jī)械變比）到其他各自傳動(dòng)點(diǎn)，形成速度鏈，以保持各區(qū)間張力。而收卷部分則由主電機(jī)帶動(dòng)氣動(dòng)機(jī)械無級(jí)調(diào)速器，通過人工調(diào)節(jié)氣壓來調(diào)節(jié)卷取張力，并自動(dòng)穩(wěn)定收卷張力。

但該設(shè)備在使用一段時(shí)間后陸續(xù)出現(xiàn)不少問題，主要是收卷部分的氣動(dòng)機(jī)械無級(jí)調(diào)速器極易磨損，引起收卷張力不穩(wěn)定，要么紗線張力過小導(dǎo)致卷曲，要么紗線張力過大導(dǎo)致斷裂，同時(shí)該部分的維修費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，嚴(yán)重影響了后續(xù)織布的產(chǎn)量和質(zhì)量。

美國(guó)艾默生公司推出的TD3300系列張力控制專用變頻器，內(nèi)部具有卷徑計(jì)算模塊，能夠自動(dòng)計(jì)算卷徑變化，可獨(dú)立構(gòu)成張力控制系統(tǒng)，完成開環(huán)、閉環(huán)恒張力控制；同時(shí)該系列變頻器具有張力錐度控制功能，可保證收卷后各層形狀均勻，極大地提高了張力控制的精度和速度，提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過我公司的推薦，該棉紡廠最終決定使用艾默生TD3300張力控制專用變頻器對(duì)漿紗機(jī)的收卷部分進(jìn)行改造。

圖一 漿紗機(jī)簡(jiǎn)圖
2 控制方案

2.1控制要求

變比 : 11.73
卷徑范圍 : 110mm---780mm
速度調(diào)節(jié)范圍 : 3m/min----60m/min
張力調(diào)節(jié)范圍 : 800N----3000N

收卷線速度保持與主線速度同步且可調(diào)，在收卷恒速、調(diào)速及啟、停（收卷中途15KW主電機(jī)暫停，便于處理問題）過程中須保持收卷紗線的張力恒定。

2.2控制方案及電機(jī)選擇

我們知道TD3300變頻器張力控制有張力開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式、張力閉環(huán)速度模式和張力閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式三種控制模式。張力開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式具有不需安裝張力傳感器，同時(shí)可以節(jié)約張力傳感器成本的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于張力控制要求不高的場(chǎng)合。但要求電機(jī)的最小輸出轉(zhuǎn)矩最好控制在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的10%以上。

由于不同紗線產(chǎn)品要求控制的張力差別較大，在選擇電機(jī)時(shí)我們須按最大卷徑和最大張力給定值來計(jì)算電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩 （轉(zhuǎn)矩指令公式T=F × D / 2 × i）
T : 為變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩指令；
F: 為張力設(shè)定指令；
D: 為卷筒的卷徑；
I: 為機(jī)械傳動(dòng)比）

T=（3000 ×0.78） / （2 × 11.73）=100 N

另通過計(jì)算變頻器運(yùn)行頻率在0.3 HZ----67.2 HZ，收卷電機(jī)最好使用變頻電機(jī)，以保證電機(jī)的安全使用。因此收卷電機(jī)選擇22KW四極變頻電機(jī)（額定轉(zhuǎn)矩140N），收卷變頻器選擇 TD3300-4T0220G。

那么電機(jī)的最小輸出轉(zhuǎn)矩則按最小卷徑和最小張力給定值來計(jì)算：

T=（800 ×0.11） / （2 × 11.73）=3.78 N

如果我們選擇張力開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，那么要求電機(jī)的最小輸出轉(zhuǎn)矩只有電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩的2.7%（ 3.78N/140N），遠(yuǎn)低于10%的要求，這樣我們?cè)谏a(chǎn)小張力紗線時(shí)，要保證小卷徑的收卷張力恒定是很困難的。也就是說在作張力控制時(shí)既要求張力恒定，又要求張力可調(diào)范圍要大，使用張力開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式是很難達(dá)到控制要求的。

那么控制方案只能選擇張力閉環(huán)模式，張力閉環(huán)模式又分張力閉環(huán)速度模式和張力閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式。張力閉環(huán)速度模式雖對(duì)PID參數(shù)有一定的依賴性，但相對(duì)于張力閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式而言，調(diào)試要相對(duì)簡(jiǎn)單，且完全能達(dá)到控制要求。因此本控制方案采用張力閉環(huán)速度模式，在收卷輥和壓紗輥之間增加張力傳感器（24V DC電源、4---20mA電流信號(hào)輸出）、張力輥和角度輥（如圖虛線部分），通過張力傳感器的信號(hào)反饋實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制，從而達(dá)到收卷張力恒定的目的。
據(jù)了解，鄭紡機(jī)后期的升級(jí)產(chǎn)品中收卷部分也使用的是張力閉環(huán)方案。

注意 ：我們要保證在大卷徑、大張力、低速或零速時(shí)電機(jī)有足夠輸出轉(zhuǎn)矩，以防止電機(jī)在低速和零速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠，引起的收卷輥回車，TD3300應(yīng)設(shè)置為閉環(huán)矢量控制模式，提高電機(jī)低頻輸出轉(zhuǎn)矩。這樣我們也需在電機(jī)上加裝旋轉(zhuǎn)編碼器（光洋、1024線輸出）。

2.2 漿紗機(jī)的張力控制原理圖

3收卷變頻器的調(diào)試步驟

3.1 初步檢查變頻器和電機(jī)參數(shù)。

電機(jī)銘牌：

額定功率： 22kw，
額定電壓： 380V，
額定頻率： 50Hz，
額定電流： 42.6A，
額定轉(zhuǎn)速： 1470rpm.

3.2 完成變頻器電機(jī)參數(shù)自辨識(shí)

在鍵盤控制模式下輸入電機(jī)銘牌參數(shù)；

設(shè)定F1.09=1，允許自動(dòng)調(diào)諧；

然后設(shè)定F1.10=1，啟動(dòng)電機(jī)調(diào)諧，進(jìn)行調(diào)諧，得到電機(jī)參數(shù)（祥見《TD3000高性能矢量控制變頻器用戶手冊(cè)》）；

調(diào)諧完成后，重點(diǎn)檢查變頻器辨識(shí)出的電機(jī)的空載電流，電機(jī)空載電流正常應(yīng)在電機(jī)額定電流的30%～50%范圍內(nèi)。F1.16為18.6A，在正常范圍內(nèi)。

3.3 初步測(cè)試變頻器對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力和旋轉(zhuǎn)編碼器的接線
旋轉(zhuǎn)編碼器：光洋1024線輸出，供電電壓24VDC，推挽輸出。

TD3300變頻器應(yīng)在（FB編碼器功能項(xiàng)）設(shè)置編碼器的參數(shù)(FB.00=1024)，在鍵盤控制模式測(cè)試變頻器對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，重點(diǎn)觀測(cè)變頻器的輸出頻率的穩(wěn)定性和輸出電流的大小，注意監(jiān)視TD3300變頻器此時(shí)的輸出電流，若在空載的情況下，輸出電流偏大并且報(bào)過流故障，應(yīng)該是旋轉(zhuǎn)編碼器的接線有誤，更換接線或更改變頻器內(nèi)PG接線的方向設(shè)定（功能碼FB.01）。

3.4 完成TD3300的信號(hào)連接

連接VDF-A變頻器模擬輸出口AFM、ACM（設(shè)模擬輸出量對(duì)應(yīng)變頻器的輸出頻率）到TD3300變頻器模擬輸入端AI3、GND，完成相關(guān)參數(shù)(F6.02=0,F6.05=1.0)設(shè)置，作為TD3300的速度同步控制信號(hào)。

連接VDF-A變頻器繼電器輸出端子RA、RC到TD3300變頻器的FWD、COM端子，作為TD3300的運(yùn)行控制信號(hào)。