森兰SB70变频器在薄膜卷绕机上的应用

工业上常见的薄膜卷绕主要包括布、纸张、塑料薄膜等，对于张力的精度要求高，而且卷径的变化范围很大，张力要求是随卷径增大而不断变化的，即需要张力锥度控制，防止损伤卷轴或造成内部褶皱。森兰SB70变频器可通过对现有功能进行设置，充分利用算术单元和计数器等功能，实现薄膜卷绕所要求的张力控制。方案如下：

由代表薄膜线速度的主机（加工机）运行频率和卷绕薄膜的实时卷径，计算出相应的从机（收卷机）主给定频率，以此作为前馈；同时用PID调节器控制薄膜的张力PID输出，对给定频率进行不断修正，将修正后的频率作为收卷电机的给定频率。这种前馈和反馈共用的复合控制方法控制精度很高，很多张力控制专用的变频器都使用了这种方法。

第一部分：收卷机给定频率的计算。

用户需要知道三个值，分别是初始卷径、最终卷径和薄膜厚度。根据这三个值，计算出参数设置所需要的几个数值：

假设薄膜的最终卷径为1000mm，初始卷径为100mm，薄膜厚度为0.05mm，则：

初始卷径百分比值D0＝100/1000＝10%；

计数器设定值＝1000/(0.05×2)＝20000；

计数器预置值＝100/(0.05×2)＝2000。

此时计数器计数值（以设定计数值为100%）就相当于一个卷径传感器的输出信号，即为实时的卷径值D（以最终卷径为100％）。

主机频率为F0，从机频率为F，当前卷径值为D（以最终卷径为100％），则可以知道：

F0×D0＝F×D；

即可以算出F＝F0×(D0/D)；

先通过算术单元3算出D0/D的值；再通过算术单元2计算F0（即AI1）乘以算术单元3的输出，即为F的值。此时算数单元2的结果即为收卷机的主给定频率，所以将收卷机的频率给定通道设成算术单元2给定。这样就完成了收卷机主给定频率的设定。

第二部分：PID的给定计算。

采用闭环张力控制的方法，PID的给定值应该设定为用户需要的张力值。但是，用户需要的张力值并不是一个常数，而是一个随着卷径变化而不断变小的值，即张力有一个锥度。如图2：

图2 张力锥度示意图

张力的锥度公式为：

T＝T0×[1－K×(1－D0/D)]

＝T0×(1－K)＋T0×K×(D0/D)

其中T为实际的理想张力（以张力传感器最大张力值为100％）；

T0为初始张力值（以张力传感器最大张力值为100%）；

K为张力锥度系数，范围为0～100%；

D0为初始卷径（以最终卷径为100%）；

D为实时卷径（以最终卷径为100%）。

其中T0×(1-K)和T0×K都是常量。

于是由算术单元4算出T0×K×(D0/D)的值，其中D0/D为算数单元3的结果，T0×K为数字设定；再由算术单元1计算出T，即T0×(1-K)+T0×K×(D0/D)，其中T0×K×(D0/D)为算术单元4的结果，T0×(1-K)为数字设定。

此时，算术单元1的结果即为用户需要的实时张力值，将PID的给定通道选择为算术单元1给定。这就完成了PID给定通道的设定，至此，就完成了张力控制方案设计。

现场运行情况如下：当主机开始起动后，从机接受起动信号开始起动，并根据卷径的变化和张力传感器的反馈不断调整输出频率，使张力传感器以基准位置按张力锥度要求随卷径变化，卷绕电机一直稳定运行。减速过程中张力传感器也没有大的偏移，直至停机。整个过程中没有变形或松弛现象发生。