艾默生TD3300变频器在表面处理生产线中的应用

摘要：本文介绍了艾默生TD3300变频器在表面处理生产线中的调试过程，通过这一次的TD3300调试，对艾默生TD3300变频器各种控制的原理和调试方法有了比较深入的了解。
关键词：艾默生TD3300变频器 表面处理生产线 调试 张力
一、初始方案介绍
表面处理生产线是对布匹、广告纸等材料表面涂一层特殊的化学材料的过程，整条生产线都使用的是艾默生的TD3000系列变频器，在生产线的最后环节－收卷，使用的是艾默生TD3300变频器。生产线的后半段环节工艺图（牵引三和收卷一、二）如图1所示：

1、 牵引三的变频器为TD3000 5.5KW，控制4KW电机，减速比为35，牵引辊为300mm；
2、 收卷一、二为TD3300 11KW变频器，控制11KW电机，电机额定转矩为70N.m，Ie＝24.8A，两台收卷电机轮流工作；
3、 收卷条件：
4、 卷径变化范围：216～1500mm
张力变化：200牛～1800牛
减速比：43
按照以上要求，计算出收卷时需要最小转矩为：
Tmin＝Dmin×Fmin/（i×1000）＝216×200÷43÷1000＝1，
变频器输出转矩为：1/70＝1.45％，
最大时变频器输出转矩为：Tmax＝Dmax×Fmax/i/Tn＝89.7％；
按照计算出来的转矩变化，范围大，而且在最小转矩时，所需转矩太小，而TD3300变频器，作开环张力控制时，实际上是转矩控制，转矩控制的精度比矢量变频器的速度控制要低得多，我们的变频器要求转矩最小输出达到10％以上，而且要求Tmax/Tmin最好小于7，从这一方面考虑，使用开环张力控制很难实现这种工况下的控制。综合分析现场的工况，因无法实现转矩控制，由于还装有一个张力传感器，可以考虑作速度模式下的张力闭环控制。
二、 方案修改
修改后的方案如下图2所示：

速度模式下的张力闭环控制，为矢量变频器普通速度模式下作PID闭环控制，频率指令由PID输出调节量和同步匹配指令叠加构成，在此方案中，避免了因转矩变化范围过大而无法控制的局面，同时，由于频率指令由同步匹配指令和PID调节输出叠加，可以减少PID的调节量。
同步匹配频率指令的计算方程式：
f＝（V×p×i）/（D×π）
V－材料线速度
P－电机极对数
i－机械传动比
D－卷筒的卷径
变频器的运行频率：
f1＝f＋△f
△f为PID调节输出量
卷径计算：厚度积分法
根据材料的厚度按照卷筒旋转的圈数进行卷径累加（收卷）或递减（放卷），因每层只有一圈，设定每层圈数为1，计圈的方法通过编码器（PG）获得，材料变化时，通过总线通讯由触摸屏直接修改材料厚度参数。
线速度信号：
通过前级牵引艾默生TD3000变频器的AO1模拟端子输出信号给艾默生TD3300变频器的AI2模拟输入端子，调整AO1的增益和零偏，保证模拟量和线速度的对应关系。
三、调试过程
按照系统设计接线完毕后，开始调试过程。
1、 张力反馈装置的调整：
测试张力传感器的曲线，在调整之前，其传感器的输出范围0～2V，对应张力为0～2000N，考虑到其变化范围太小，不好控制，联系三菱公司的技术人员对传感器做了一定的调整。主要是扩大输出范围为0～10V对应0～2000N。
2、 线速度信号一致性的调整：
计算最大线速度：
Lmax＝N×D×π/（i×60）＝1470×0.3×3.14/（35×60）＝40米/秒
艾默生TD3300变频器设置：FC.03=40 最大线速度
艾默生TD3000变频器设置：F6.08=0 运行频率输出
F6.10=－1.00％ AO1零偏
F6.11=1.1 AO1增益
适当调整艾默生TD3000变频器的AO1输出零偏和增益，保证艾默生TD3000变频器运行在50HZ时，
其AO1端子输出为20mA，通过艾默生TD3300变频器AI2显示为10V，在零频运行时，艾默生TD3300
显示0V。由于考虑到系统需要进行点动控制（此时TD3000不运行，只运行收卷变频器），
设置AO1输出偏移－1.0％，使得在牵引三不运行的情况下，能保证收卷有较小的线速
度输入，在全线启动前进行点动控制，将多余的布先卷起来。
3、 电机自学习：
系统中牵引、收卷变频器都为高性能的矢量控制变频器，为保证系统的控制精度和性能，在正常使用之前，要求要进行电机参数的自辨识，在做参数自辨识时，将电机所带的减速箱脱离。

4、 其他参数的设定
根据系统的方案，设定的参数如下所示：

设置加减速时间为1S，保证收卷变频器能够快速响应，及时跟踪牵引变频器的输出。同时，设置牵引艾默生TD3000变频器的加减速时间为120S，使其变化比较缓慢，保证系统在加减速过程中的稳定性。
（2）、张力控制参数设定

变频器工作在速度模式下的张力闭环控制，张力设定通过参数数字设定，也可以通过总线通讯由触摸屏直接修改此参数值。卷径来源采用厚度积分法，材料厚度为0.18mm，在后期根据材料的变化，再通过触摸屏修改此参数。
（3）、过程PID控制参数

（4）、通讯参数

整个系统通过总线通讯控制，变频器的起停信号、收卷之前的变频器的频率给定都由触摸屏设定PPO模式选择为3。
5、 系统调试
在调试过程中，主要出现了两个问题，困扰了很长时间：
（1）、设置参数后，在运行过程中，每隔一段时间（大约3分钟）就出现一次很大的波动，张力值从设定由稳定的4V跳到在0V～10V之间波动。首先怀疑的是PI参数没有调整好，反复地修改两组PI参数，包括采样时间TI、偏差极限，都是效果不明显，无法解决问题。接下来怀疑设备的机械问题，和信远的朱工一起检查设备的机械情况，看是否有机械上面的原因，导致运行过程中出现周期性的波动，结果也是一无所获。后直接将采样时间设定为0，再次运行时，周期性的波动完全消除，观察了半小时，系统都能稳定运行，证实此问题已经解决。设置为0代表的是实时采样，系统响应的速度更快。
（2）、在低速运行正常后，一到大卷径高速阶段，就出现了收卷跟不上牵引的情况，导致材料松下来。出现这一情况时，重点检查了张力反馈、收卷变频器的参数设定，发现转矩限定设置为8％了，将此参数改为100％后正常。转矩限定设定为10％，那么在变频器运行到大卷径高速段后，出现变频器输出转矩到达限定值，无法满足负载转矩的需求，因而出现转速跟踪不上。而设定这一参数的原因是在开始试机时，为防止将布匹拉断，而实际的输出转矩基本在5％以下，因而设定转矩限定为10％。
四、收获
通过这一次的TD3300调试，对艾默生TD3300变频器各种控制的原理和调试方法有了一个深刻的认识，对自己技术水平的提高起了很大的作用，同样也对今后的调试工作有一个很好的指导作用。