台达VE变频器在烫金机收卷上的应用

摘  要： 本文介绍基于台达VE系列矢量变频器在烫金机收卷上的应用。此类设备使用张力传感器作为反馈，要求张力控制响应快速，且大卷时，电机转速很低，要求低速张力控制同样平稳。台达的VE变频器特有的FOC+PG控制模式不仅可以使电机低速工作时转速工作得很平稳，而且在收卷功能上，提供了2组PID，使变频器可满足客户工艺的严格要求。

关键词： 张力控制  PID  FOC+PG  适量控制

1 引言
        烫金纸是一种装潢专用纸张，主要用于烟酒糖果等快速消费品的美化包装。

         烫金纸生产属于非油墨特种印刷工艺。烫金是指在一定的温度和压力下将电化铝箔烫印到承印物（基纸）表面的工艺过程，是印后整饰工艺环节。烫金工艺提高印刷品的附加值和科技含量，对印刷品起着独特的装饰作用，深受终端商品美化包装行业欢迎。

2工艺描述
        烫金加工工艺流程由基质纸卷和电化铝箔卷放卷系统和烫金纸收卷系统同步驱动实现，当基纸经过烫过金后，要以一定的张力卷绕成一卷，方便后道工序使用。因此烫金工艺流程是典型的恒张力控制体系，烫金纸工艺装备如图1所示。

        由于基纸的脆性特性，要求烫金纸收卷张力控制要求非常稳定，否则，纸很容易被拉断。传统的烫金纸纸收卷普遍使用张力控制器集成磁粉离合器，磁粉离合器是根据电磁原理利用磁粉传递转矩。磁粉在长期使用后会发生氧化而产生磨耗，导致扭矩变小，所以要经常更换，使用成本较高，并且需要频繁维护。

        随着变频器技术的发展，用变频器加普通电机控制电机做收卷的应用越来越广泛。应用变频器做收卷，可以做到设备免维护，提高收卷的速度与精度，可有效降低客户的使用成本。

图1 烫金纸工艺装备

3 VE变频器恒张力系统
        基于台达VE系列矢量变频器的烫金纸恒张力系统结构如图2所示。系统由放卷变频器和收卷变频器两套驱动系统组成。牵引变频器的模拟量输出作为收卷变频器（VE）的线速度（ACI/AVI2）给定，张力传感器信号经放大器后转变成0-10V信号进入收卷变频器的AVI，作为反馈，张力设定由外部电位器调整（AUI）。另外，收卷变频器的MI5多功能输入端子定义为卷径复位功能，收卷变频器的运行信号接到上位的牵引变频器的运行输出端子。

图2 台达矢量变频恒张力系统

        张力是系统重要的控制变量。张力变量的获得既可以采用浮动辊(Dancer)，也可以采用张力传感器(Load cell)。张力传感器比浮动辊响应快，且允许调整的量很小，故要求电机速度反应很快，因此我们在电机上加装了1000线AB相编码器，使电机本身做FOC（矢量）+PG（编码器）控制，提高电机的响应速度和控制精度。使用FOC+PG的控制模式还有1个好处就是，当收卷轴直径不断变大时，线速度是固定的，因此收卷轴的转速越来越低，传统的VF控制在低速下，速度控制的不是很稳，会导致大卷径时张力波动，台达VE变频器用FOC+PG控制可以实现零伺服的功能，电机在满负载的情况下，电机转速也控制的十分稳定。

4  VE变频器恒张力系统调试
4.1．准备工作
接好电源电机线，让电机空载，并设好以下参数：
00-10=0，       控制方式为V/F
01-00= 100HZ    最大操作频率
01-01=50HZ      电机额定频率
01-02=380V      电机额定电压
05-02= 4KW      电机额定功率
05-03= 1410RPM  电机客户转速
05-04 = 4       电机极数
然后将05-00=1（动态测量电机参数），按面板RUN键，电机开始自学习。
自学习成功后，将
00-10=3         控制方式为FOC+PG
01-12=1         加速时间
01-13=1         减速时间
10-00=1000      编码器线数
10-01=1         编码器输入形式
改变面板上的设定频率值，并按RUN/STOP,看电机闭环运行速度正常否？
（以上是测电机参数及判断编码器是否正常）如果正常，将电机联上负载，设置：
00-02=2，将面板拔下来再插回去，将11号群组功能打开：11-00=2，测量负载惯量，
显示参数11-01的值。然后让变频器测负载惯量，通过PU面板让电机分别以低速（10hz），中速（25hz），及高速（45hz）正转10秒，再反转10秒，重复5-10次。观察11-01的值，当11-01的值变化不大后，再根据实际情况调整以下参数：
11-02   低速频宽
11-03   高速频宽
11-11   零速频宽
至此，电机矢量控制模式识别工作完毕，可以进入实际调试。

4.2 实际调试
（1）收卷功能参数设定：
先设定运转命令来源：00-21=1，由外部端子控制。
再设定02-05 = 44，将MI5设定为卷径复位。
然后将03-00 = 11设定AVI为张力PID回授讯号
03-01 =12  设定AVI2为线速度来源
03-20 =14  设定AUI为张力PID目标值（张力闭回路）
03-12 =1 将ACI输入转变成AVI2,同时要将控制板上的SW2指拔开关打到AVI2
之后，设定08-21 = 1 启动变频器收放卷功能，08-22 =2（收卷模式）08-23=285，08-24=75（机械齿轮比分子及分母）08-25=2（张力命令由AUI给定）08-38=80（最大线速度），08-43=600（最大卷径）08-44=85（最小卷径），08-46=85（初始卷径，即MI5接通后，当前卷径设为此值）。这样设定后，机器就可以运转了。

（2）PID参数调整：
        在运转过程中，根据实际情况设定PID，由于大卷与小卷的卷径相差有7-8倍，一组PID参数很难适应，因此设定08-28=1，（PID根据卷径实时调整）如图3所示：

图3 PID根据卷径实时调整

      在小卷时，P大，I小，以便让设备快速启动。在大卷时P小，I大，以使运行时张力控制更稳定。最终调整的参数如下：08-29=6.5（P1）   08-30=40(I1)  08-32=5   08-33=50
2.3 由于张力传感器反应十分灵敏，设备的震动也会引起张力的波动，这对于变频器来说，就是干扰信号，为了将此信号去除，我们通过调整03-13（AVI滤波）来解决，最终的参数 03-13=0.2。

5  结束语
        台达VE系列高性能矢量变频器替换磁粉离合器后，无论是小卷还是大卷，都能精确控制烫金工艺张力，电机运行稳定，大大提高烫金设备的稳定性，并降低了最终客户的使用成本，得到了OEM客户和最终用户的认可与信赖。