台达VFD—V型变频器在平网印花机上的应用

平网印花机是毛巾生产厂家的重要生产设备,其印花及套色的质量直接关系着毛巾成品的等级。
平网印花机机械部分包括：电机，减速机，齿轮，皮带，皮带轮，印花网框，印花网框支架，电磁铁基座，刮刀，磁棒等。控制部分采用台达DVP32EH00TPLC， 台达DOP-A57CSTD触摸屏；台达VFD-V型7.5KW变频器, 2000线编码器。
平网印花机的工作原理：电机在变频器的驱动下，经过减速装置及啮合的齿轮将运动传递到皮带轮，带动皮带运动。皮带走行设定的距离，停稳后，印花网框支架下压，网框对准皮带上平铺的毛巾（每批次毛巾生产前网框位置已经过校准）。皮带下面磁座电磁铁通电并在导轨上移动，从而带着网框上的磁棒运动，将网面上的特定颜料印刷到毛巾上，磁座往返运行的次数可通过触摸屏设定。运行完成，网框上抬，皮带开始运行，进入下一印刷周期。
平网印花机套色是否准确，与皮带每次走行的距离是否一致密切相关，而皮带是由电机带动的，因此套色是否精准的问题实际上就是定位是否精准的问题。
本次实验采用了两套控制方案。

方案1：
台达VFD-V型变频器+PG05卡，采用变频器自身所带位置控制功能。
具体实现方式：
每一印刷周期PLC向PG05卡发送定量脉冲信号，PG卡通过接收PLC的脉冲信号以及编码器返回的脉冲信号决定变频器输出频率的增减。变频采用矢量闭环控制，配制动电阻消耗电机反馈能量。通过反复调整与定位相关的变频器参数,包括：位置控制P增益，转速滤波时间等，每次皮带运行的距离正负误差为1毫米,连续运行13周期后累计误差为4-5毫米。精度未能达到13周期累计误差不超过1毫米的精度要求下限。通过实验我们观测到，当以低频发送少量脉冲时，皮带的走行距离很不稳定，同样的脉冲数，如：以15HZ发送50个脉冲，皮带走行距离为3至9毫米不等。为尽量缩短电机接受低频脉冲的时间，特将PLC的脉冲发送加减速时间减小，使电机以较快的速度启停，此时皮带运行距离的精度有所提高，每运行周期正负0。5毫米，13周期后累计误差为2-3毫米，但由于皮带轮惯量很大，快速停止对设备机械部分冲击很大，对齿轮及减速机有损伤，故不允许工作于这一工况。即便如此，还是未能达到最低的精度要求。
基于第一种方案的效果，考虑采用第二种控制方案。

方案2：编码器信号直接反馈给PLC，PLC通过高速脉冲计数，比较并输出多段速指令给变频器，变频采用V/F控制。变频器设定两段速度：60HZ及1HZ。主速给定为0HZ。变频器在一定脉冲数内输出60HZ，电机高速运转，超过设定脉冲数，切断高频输出，输出频率变为1HZ，电机减速并低速爬行，当达到设定的总脉冲数，输出停止，电机停止。由于编码器反馈的脉冲数严格的与电机转动周期数，皮带运转距离对应，故通过设定高速段和低速段的总的脉冲数来严格控制电机走行距离，并在每一周期对PLC计数器进行清零，使误差唯一来源为低速1HZ减速到0HZ 时电机惯性。通过进一步降低第二段输出频率：0.8HZ，第二段减速时间缩短为0，并将自动稳压功能取消来减短停机时间，同时引入直流制动提高输出转矩，皮带运行达到了很好的精度，每周期运行基本无误差，（不含测量误差），连续13周期累计误差小于0.5毫米。满足了印花机的精度要求。在这种控制方式下采用V/F控制较矢量开环控制效果好，原因在于矢量开环控制下变频器对作了自适应后的电机根据其电机参数进行转矩补偿，从而使第二段速的输出频率根据负载的变化而变化，因此改变了第二段速减速时间，从而引入了误差。
在第二种控制方案下，通过在机械上减小齿轮间隙，采用两级减速（两个1：10的减速机）。并引入直流制动，很好地克服了磁棒及刮刀对皮带的拖动作用，基本无走板现象，取得了良好的印刷效果。
从实验的结果来看，采用PG卡的矢量闭环控制未能取得理想的效果，究其原因很可能与设备转动部分惯量太大,PG卡接受低频脉冲输入时响应不佳有关。这种控制方式是否更适合于小惯量场合还需进一步验证。