一. 張力控制變頻收卷在紡織行業的應用
1．傳統收卷裝置的弊端
紡織機械如：漿紗機、漿染聯合機等設備都會有收卷的環節。傳統的收卷都是采用機械傳動，因為機械的同軸傳動對于機械的磨損是非常嚴重的，據了解，用于同軸傳動部分的機械平均壽命基本上是一年。而且經常要維護，
維護的時候也是非常麻煩的,不僅浪費人力而且維護費用很高,給很多客戶帶來了很多不便。尤其是紡織設備基本上是開機后不允許中途停車的，如發生意外情況需要停車會造成很大的浪費。在這種情況下，張力控制變頻收卷開始逐漸取代傳統的機械傳動。
2．張力控制變頻收卷的優點
* 張力設定在人機上設定，人性化的操作。
* 使用先進的控制算法:卷徑的遞歸運算;空心卷徑啟動時張力的線性遞加;張力錐度計算公式的應用;轉矩補償的動態調整等等.
* 卷徑的實時計算，精確度非常高，保證收卷電機輸出轉矩的平滑性能好。并且在計算卷徑時加入了卷徑的遞歸運算，在操作失誤的時候，能自己糾正卷徑到正確的數值。
* 因為收卷裝置的轉動慣量是很大的，卷徑由小變大時。如果操作人員進行加速、減速、停車、再啟動時很容易造成爆紗和松紗的現象，將直接導致紗的質量。而進行了變頻收卷的改造后，在上述各種情況下，收卷都很穩定，張力始終恒定。而且經過PLC的處理，在特定的動態過程，加入一些動態的調整措施，使得收卷的性能更好。
* 在傳統機械傳動收卷的基礎上改造成變頻收卷，非常簡便而且造價低，基本上不需對原有機械進行改造。改造周期小，基本上兩三天就能安裝調試完成。
* 克服了機械收卷對機械磨損的弊端，延長機械的使用壽命。方便維護設備。
二. 變頻收卷系統構成
1． 系統框圖
2． 變頻收卷的控制原理* 卷徑的計算原理：根據V1=V2來計算收卷的卷徑。因為V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx.因為在相同的時間內由測長輥走過的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt Δn1*C1=i*Δn2*C2(Δn1---單位時間內牽引電機運行的圈數、Δn2---單位時間內收卷電機運行的圈數、C1---測長輥的周長、C2---收卷盤頭的周長、i---減速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i D2=Δn1*D1*i/Δn2,因為Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷編碼器產生的脈沖數、P2---收卷編碼器的線數). Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即測長輥轉一圈,由霍爾開關產生一個信號接到PLC.那么D2=D1*i*P2/ΔP2,這樣收卷盤頭的卷徑就得到了.
* 收卷的動態過程分析
要能保證收卷過程的平穩性,不論是大卷、小卷、加速、減速、停車、啟動都能保證張力的恒定.需要進行轉矩的補償.整個系統要啟動起來,首先要克服靜摩擦力所產生的轉矩,簡稱靜摩擦轉矩,靜摩擦轉矩只在啟動的瞬間起作用;正常運行時要克服滑動摩擦力產生的滑動摩擦轉矩,滑動摩擦轉矩在運行當中一直都存在,并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進行不同大小的補償,系統在加速、減速、停車時為克服系統的慣量,也要進行相應的轉矩補償,補償的量與運行的速度也有相應的比例關系.在不同車速的時候,補償的系數是不同的。即加速轉矩、減速轉矩、停車轉矩、啟動轉矩；克服了這些因素,還要克服負載轉矩,通過計算出的時實卷徑除以2再乘以設定的張力大小,經過減速比折算到電機軸.這樣就分析出了收卷整個過程的轉矩補償的過程?？偨Y:電機的輸出轉矩=靜摩擦轉矩(啟動瞬間)+滑動摩擦轉矩+負載轉矩.<1>在加速時還要加上加速轉矩;<2>在減速時要減去減速轉矩.<3>停車時,因為是通過程序控制減速至設定的最低速,所以停車轉矩的補償同減速轉矩的處理.
* 轉矩的補償標準
(1) 靜摩擦轉矩的補償:因為靜摩擦轉矩只在啟動的瞬間存在,在系統啟動后就消失了.因此靜摩擦轉矩的補償是以計算后電機輸出轉矩乘以一定的百分比進行補償.
(2) 滑動摩擦轉矩的補償:滑動摩擦轉矩的補償在系統運行的整個過程中都是起作用的.補償的大小以收卷電機的額定轉矩為標準.補償量的大小與運行的速度有關系。所以在程序中處理時，要分段進行補償。
(3) 加減速、停車轉矩的補償：補償硬一收卷電機的額定轉矩為標準，相應的補償系數應該比較穩定，變化不大。
* 計算當中的公式計算
(1) 已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm;線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設定最大值Fmax=50kg(約等于500牛頓);減速比i=9;速度的限制如下:
因為:V=π*D*n/i(對于收卷電機)=>收卷電機在空芯卷徑時的轉速是最快的.所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min;
(2) 因為我們知道變頻器工作在低頻時,交流異步電機的特性不好,啟動轉矩低而且非線性.因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機工作在2HZ以下.因此:收卷電機有個最低速度的限制.計算如下:
對于四極電機而言其同步轉速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min. =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min
當達到最大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運行的最低速.V=π*D*n/i=>Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min.張力控制時,要對速度進行限制,否則會出現飛車.因此要限速.
(3) 張力及轉矩的計算如下:如果F*D/2=T/i,=>F=2*T*i/D對于22KW的交流電機,其額定轉矩的計算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N.
* 硬件配置
西門子PLC+艾默生TD3300變頻器+HITECH人機
* PLC接線圖
3． 程序的實現
