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    摘 要： 本文介紹基于臺達VE系列矢量變頻器在燙金機收卷上的應用。此類設備使用張力傳感器作為反饋，要求張力控制響應快速，且大卷時，電機轉速很低，要求低速張力控制同樣平穩。臺達的VE變頻器特有的FOC+PG控制模式不僅可以使電機低速工作時轉速工作得很平穩，而且在收卷功能上，提供了2組PID，使變頻器可滿足客戶工藝的嚴格要求。

    關鍵詞： 張力控制 PID FOC+PG 適量控制

    1 引言

    燙金紙是一種裝潢專用紙張，主要用于煙酒糖果等快速消費品的美化包裝。

    燙金紙生產屬于非油墨特種印刷工藝。燙金是指在一定的溫度和壓力下將電化鋁箔燙印到承印物（基紙）表面的工藝過程，是印后整飾工藝環節。燙金工藝提高印刷品的附加值和科技含量，對印刷品起著獨特的裝飾作用，深受終端商品美化包裝行業歡迎。

    2 工藝描述

    燙金加工工藝流程由基質紙卷和電化鋁箔卷放卷系統和燙金紙收卷系統同步驅動實現，當基紙經過燙過金后，要以一定的張力卷繞成一卷，方便后道工序使用。因此燙金工藝流程是典型的恒張力控制體系，燙金紙工藝裝備如圖1所示。

    由于基紙的脆性特性，要求燙金紙收卷張力控制要求非常穩定，否則，紙很容易被拉斷。傳統的燙金紙紙收卷普遍使用張力控制器集成磁粉離合器，磁粉離合器是根據電磁原理利用磁粉傳遞轉矩。磁粉在長期使用后會發生氧化而產生磨耗，導致扭矩變小，所以要經常更換，使用成本較高，并且需要頻繁維護。

    隨著變頻器技術的發展，用變頻器加普通電機控制電機做收卷的應用越來越廣泛。應用變頻器做收卷，可以做到設備免維護，提高收卷的速度與精度，可有效降低客戶的使用成本。

                

                                 圖1 燙金紙工藝裝備


    3  VE變頻器恒張力系統

    基于臺達VE系列矢量變頻器的燙金紙恒張力系統結構如圖2所示。系統由放卷變頻器和收卷變頻器兩套驅動系統組成。牽引變頻器的模擬量輸出作為收卷變頻器（VE）的線速度（ACI/AVI2）給定，張力傳感器信號經放大器后轉變成0-10V信號進入收卷變頻器的AVI，作為反饋，張力設定由外部電位器調整（AUI）。另外，收卷變頻器的MI5多功能輸入端子定義為卷徑復位功能，收卷變頻器的運行信號接到上位的牽引變頻器的運行輸出端子。

      
                          圖2 臺達矢量變頻恒張力系統

    張力是系統重要的控制變量。張力變量的獲得既可以采用浮動輥(Dancer)，也可以采用張力傳感器(Load cell)。張力傳感器比浮動輥響應快，且允許調整的量很小，故要求電機速度反應很快，因此我們在電機上加裝了1000線AB相編碼器，使電機本身做FOC（矢量）+PG（編碼器）控制，提高電機的響應速度和控制精度。使用FOC+PG的控制模式還有1個好處就是，當收卷軸直徑不斷變大時，線速度是固定的，因此收卷軸的轉速越來越低，傳統的VF控制在低速下，速度控制的不是很穩，會導致大卷徑時張力波動，臺達VE變頻器用FOC+PG控制可以實現零伺服的功能，電機在滿負載的情況下，電機轉速也控制的十分穩定。

    4  VE變頻器恒張力系統調試

    4.1．準備工作

    接好電源電機線，讓電機空載，并設好以下參數：

    00-10=0， 控制方式為V/F

    01-00= 100HZ 最大操作頻率

    01-01=50HZ 電機額定頻率

    01-02=380V 電機額定電壓

    05-02= 4KW 電機額定功率

    05-03= 1410RPM 電機客戶轉速

    05-04 = 4 電機極數

    然后將05-00=1（動態測量電機參數），按面板RUN鍵，電機開始自學習。自學習成功后，將

    00-10=3 控制方式為FOC+PG

    01-12=1 加速時間

    01-13=1 減速時間

    10-00=1000 編碼器線數

   10-01=1 編碼器輸入形式

    改變面板上的設定頻率值，并按RUN/STOP,看電機閉環運行速度正常否？（以上是測電機參數及判斷編碼器是否正常）如果正常，將電機聯上負載，設置：00-02=2，將面板拔下來再插回去，將11號群組功能打開：11-00=2，測量負載慣量，顯示參數11-01的值。然后讓變頻器測負載慣量，通過PU面板讓電機分別以低速（10hz），中速（25hz），及高速（45hz）正轉10秒，再反轉10秒，重復5-10次。觀察11-01的值，當11-01的值變化不大后，再根據實際情況調整以下參數：

    11-02 低速頻寬

    11-03 高速頻寬

    11-11 零速頻寬

    至此，電機矢量控制模式識別工作完畢，可以進入實際調試。

    3.2 實際調試

    （1）收卷功能參數設定：

    先設定運轉命令來源：00-21=1，由外部端子控制。

    再設定02-05 = 44，將MI5設定為卷徑復位。

    然后將03-00 = 11設定AVI為張力PID回授訊號

    03-01 =12 設定AVI2為線速度來源

    03-20 =14 設定AUI為張力PID目標值（張力閉回路）

    03-12 =1 將ACI輸入轉變成AVI2,同時要將控制板上的SW2指拔開關打到AVI2

    之后，設定08-21 = 1 啟動變頻器收放卷功能，08-22 =2（收卷模式）08-23=285，08-24=75（機械齒輪比分子及分母）08-25=2（張力命令由AUI給定）08-38=80（最大線速度），08-43=600（最大卷徑）08-44=85（最小卷徑），08-46=85（初始卷徑，即MI5接通后，當前卷徑設為此值）。這樣設定后，機器就可以運轉了。

    （2）PID參數調整：

    在運轉過程中，根據實際情況設定PID，由于大卷與小卷的卷徑相差有7-8倍，一組PID參數很難適應，因此設定08-28=1，（PID根據卷徑實時調整）如圖3所示：
               

                     圖3 PID根據卷徑實時調整

    在小卷時，P大，I小，以便讓設備快速啟動。在大卷時P小，I大，以使運行時張力控制更穩定。最終調整的參數如下：08-29=6.5（P1） 08-30=40(I1) 08-32=5 08-33=50
2.3 由于張力傳感器反應十分靈敏，設備的震動也會引起張力的波動，這對于變頻器來說，就是干擾信號，為了將此信號去除，我們通過調整03-13（AVI濾波）來解決，最終的參數 03-13=0.2。

    5 結束語

    臺達VE系列高性能矢量變頻器替換磁粉離合器后，無論是小卷還是大卷，都能精確控制燙金工藝張力，電機運行穩定，大大提高燙金設備的穩定性，并降低了最終客戶的使用成本，得到了OEM客戶和最終用戶的認可與信賴。