普思SAC550系列变频器在薄膜卷绕机上的应用

在工业生产中，布、纸张、塑料薄膜等材料的薄膜卷绕过程较为常见，此过程对张力精度要求极高。而且，卷径的变化范围较大，随着卷径的增大，张力要求也不断变化，这就需要进行张力锥度控制，以避免损伤卷轴或造成内部褶皱。普思SAC550系列通用型多功能变频器能够通过对现有功能的巧妙设置，充分利用算术单元和计数器等功能，有效实现薄膜卷绕所需的张力控制。以下是具体方案：

一、复合控制方法

利用代表薄膜线速度的主机（加工机）运行频率，以及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，将其作为前馈。同时，借助 PID 调节器控制薄膜的张力 PID 输出，对给定频率进行持续修正，把修正后的频率作为收卷电机的给定频率。这种前馈与反馈共用的复合控制方法，控制精度非常高，被众多张力控制专用的变频器所采用。

二、收卷机给定频率的计算

用户需要明确三个关键数值，即初始卷径、最终卷径和薄膜厚度。依据这三个值，能够计算出参数设置所需的其他几个数值。

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%）相当于一个卷径传感器的输出信号，也就是实时的卷径值 D（以最终卷径为 100％）。

设主机频率为 F0，从机频率为 F，当前卷径值为 D（以最终卷径为 100％），根据公式 F0×D0＝F×D，可算出 F＝F0×(D0÷D) 。

具体计算过程为：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，得到的结果即为 F 的值。此时，算数单元 2 的结果就是收卷机的主给定频率，所以将收卷机的频率给定通道设为算术单元 2 给定，这样就完成了收卷机主给定频率的设定。

三、PID 的给定计算

采用闭环张力控制方法，PID 的给定值应设定为用户所需的张力值。但用户需要的张力值并非固定不变，而是随着卷径变化不断变小，即存在张力锥度，如图 2 所示：

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%）。

T0×(1-K) 和 T0×K 均为常量。

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，至此就完成了 PID 给定通道的设定，也完成了整个张力控制方案的设计。

四、现场运行情况

当主机开始启动后，从机接收启动信号随之启动，并依据卷径的变化和张力传感器的反馈，持续调整输出频率。这使得张力传感器以基准位置按张力锥度要求随卷径变化，卷绕电机始终稳定运行。在减速过程中，张力传感器也没有出现较大偏移，直至停机。整个运行过程中，薄膜没有出现变形或松弛现象。