采用高性能通用变频器SAMCO-vm05实现卷绕控制

１． 前言
随着电力电子器件和控制技术的不断应用，通用变频器作为以实现产业机械为主的自动化、省力化、节能化的交流调速装置而得到了迅猛发展。由于对通用变频器技术进步的期待日益高涨，而使其的应用不仅在工业生产方面，而且在健康/医疗设备、娱乐装置、环境/生活方面的装置及家用领域的使用也得以不断扩大。
在新市场应用的不断扩大之中，原先的各种变频器的应用方面的技术进步也同样突飞猛进，系统装置本身及其运用形态也更趋向自动化。为此用户对变频器的要求也必然随着各用途市场的动向而变化。对于一般的通用变频器在某些应用上还存在着功能不足的情况，为填补此差距，有不少用户不得不利用程序控制等系统方面的措施来弥补。这是由于变频器厂家对产品的通用性能方面过于重視所至，而且各家提供同样类似的功能也使变频器趋向于便于统一使用的方向。但在近来各变频器应用系统显现出特殊化应用的趋势，若还是单纯地只意识到其通用性，则难以对广大特定用户提供方便使用的变频器产品。为此三垦把能随时提供尽如人意予以对应的变频器作为这次开发的设计指导思想，从而把SAMCO-vm05系列予以了产品化。
SAMCO-vm05系列、是把SAMCO-I系列的三垦独特的V/f控制和无速度传感器矢量控制的感应电机高性能驱动的计算作为基础，而制作了具有各种用途特化功能的产品。
本文作重介绍SAMCO-vm05变频器在多种卷绕设备的卷绕控制中的应用。
２． 卷绕装置的专用功能
２．１ 卷绕控制功能
作为丝线、布匹、紙张之类的卷绕装置而应用了形形色色的方式，但在本产品所配备的卷绕控制功能，将不再需PLC及昂贵的矢量变频器或是转矩电机等，就能构筑成廉价的卷绕系统。
其基本构成情况如图1的卷绕系统所示那样，把多台变频器直接地互相连接，把张力架的張力予以反馈并设定好卷绕功能，即能实现各种丰富多彩的卷绕控制。

图1　卷绕系统的构成

２．２ 应用于拔丝机
用在对銅線等予以拔丝加工（伸線機）时所用的卷绕装置时、其首要条件是要使主机側的线速度同卷绕側的线速度予以联动。然而、即使是以恒速进行联动运转，但是随着卷绕时间的推移、就会因卷绕側卷粗而发生速度误差、最終则可能导致断线现象。
对应拔丝机的卷绕控制、是随着卷绕时间的经过、而把卷绕側电机的转速予以变化、并在卷绕变粗或抑制卷绕松卷的同时进行速度控制的卷绕控制。
如图1所示、变频器基本上是使用于加工机（主机）及卷绕机用的２台，其以控制线互相连接、并以加工机（主机）的动作而使卷绕机予以联动。在分别设定了卷绕开始的频率、卷绕终了的频率、以及卷绕时间的参数、并输入了张力架（张力吸収装置）位置检测信号之后，即能在指定的时间中、一直到指定的频率为止对输出频率予以控制来进行卷绕。
中途的张力架动作的补偿、能以图2所示的独特的张力架补偿功能在最小变动范围内与以控制。此外、在变频器中是按三垦独特的卷绕曲线进行计算的、并随着卷绕时间的经过、对卷绕粗度予以补偿。其情况如图3所示。
张力架补偿是随张力架位置而进行的可变增益控制，可对比较缓慢的巻粗现象所引起的变化及加减速时的急剧的变化都予以补偿。此外，卷绕计算曲线具有4套设定、并能以外部输入信号来进行选择。由此、即使卷绕时间或绕线筒直径发生很大的变化、也能以１条曲线切换信号简便地改变系统。

图2 卷绕控制过程图

图3 卷绕特性

实际的拔丝机装置如图4所示：

图4 拔丝机装置

２．３ 应用于送线机
在形形色色的卷绕系统的构成中、有时还需要同卷绕側进行相反动作的送线側的装置（送线机）。本控制法、是此类装置所最为合适的送线机对应功能。 图5是生产扁形电缆为实例的8条独立的送线机构成图。 送线机是同卷绕側的卷绕速度予以联动来作为其基本动作的。但在不能得到卷绕装置而来的速度情报时、联动运转就会成为非常困难的动作。即使是在这种情况下、本控制也能同卷绕側的速度无关来进行供线。
卷绕側的速度变化、全反映在张力架的动作上、检测此张力架的动作并进行原位控制、为事先预防送线时的过张力及卷绕的松卷现象、来改变旋转方向和转矩。由此动作、即能进行不受卷绕側速度影响的单独的送线机控制。此外、考虑到断线时的紧急停机、在超越了断线判断电平时、即使其进行DC制动（直流制动）停止动作。此外、在进行卷线的准备作业时、若发生过多的送线时、即会在反转方向进行回卷控制。

图5 送线机构成图

２．４ 应用于卷绕机
从送线筒把线材送到绕线筒的卷绕机方面、会因其线的材质而要求某种恒定的張力和某种恒定的线速度。图6所示的光纤的卷绕装置中、由于使用的是非常容易断线的线材、所以应以数m～数十m／分的低速来进行恒張力、恒线速度的卷绕。

图6 光纤的卷绕机

为实现该性能的控制构成图如图7所示。
其特征在于驱动送线部绕线筒的变频器和驱动卷绕部分绕线筒的变频器是互相独立地进行控制的。卷绕側的变频器、是以装置滑車上所设置的PG速度传感器的速度反馈脉冲为依据来进行线速度恒定控制的。此外，送线側的变频器是使用着专用的卷绕功能的、并以张力架的位置检测反馈信号为基准来进行張力的恒定控制的。
也就是说，不使用相互的比率联动信号等、而是以卷绕側变频器的线速度恒定控制为基础、即由送线侧的变频器紧跟卷绕侧的变频器速度来进行張力控制、从而总能保持稳定的卷绕动作。此外、对予卷绕的中途停机后的再起动、或是改变卷线筒直径时的再起动、都能不受比率联动影响而进行稳定的卷绕动作。
图8表示卷线筒转速―经过时间的特性。相互控制部分的线速度、从卷绕开始到卷绕结束是始终保持恒速的。为保持此恒定速度、相互的卷线筒的转速、在送线部分是逐渐上升的、而在卷绕部分则是逐渐下降的。
在实现此特性时、特别是供线側的变频器的張力控制是起了很大效果的。通常、为把张力架的位置控制在所希望的位置时，使用PI控制，若增益的设定値不太合适时、就可能会经常发生微小的或是较大的振動现象而使控制变得非常困难。而本控制的手法是为抑制微小振动张力架的偏移幅度而进行的盲区控制以及抑制振动现象并能进行高速响应的可变增益控制，这些都在变频器内部予以了增强。此外，同送线机一样由于断线时的DC制动（直流制动）的停止动作，在通线时的反转方向的回卷控制从而形成了廉价的系统构成并提高了其控制性能和作业性能。

图7 卷绕机的构成图

图8 卷线筒转速―经过时间特性

３． 后记
近几年来变频器应用系统正迅速地趋向特性化，若只是单纯地意识到通用性能的话则就难以满足特性化用户的需求。作为用户来说，现在也更为急切地要求变频器能对各用途市场的迅猛发展的动向逐步予以对应。
本文所记载的对卷绕装置方面的应用、是对应形形色色系统而开发的专用功能的实例。
日益追求技术发展的各种变频器应用系统正在不断地实现专用化，希望本文能为正在致力于变频卷绕控制的用户提供帮助。
参考文献
[1]"高性能静音式变频器SAMCO-vm05 A型、B型、C型基本功能使用说明书"，三垦力达电气（江阴）有限公司。
[2]"SAMCO-vm05卷绕功能操作说明书"，三垦力达电气（江阴）有限公司。