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    1 引言

    在金屬加工生產(chǎn)所選用的控制系統(tǒng)中，直流控制系統(tǒng)憑借其轉(zhuǎn)矩特性硬、調(diào)速范圍廣等優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)了絕大部分市場(chǎng)，但直流控制系統(tǒng)也存在以下一些弱點(diǎn):一次性投入大，設(shè)備維護(hù)的工作量多，對(duì)維護(hù)人員的素質(zhì)要求高等等。很多小型企業(yè)常因自身技術(shù)力量不足或備件供應(yīng)等原因而影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

    由匯川高性能矢量控制變頻器加普通異步電機(jī)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，除了具備直流控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還降低了設(shè)備的初期投資成本，降低了工廠的電能損耗，使設(shè)備變得操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，從而為客戶創(chuàng)造了價(jià)值，進(jìn)而獲得了該領(lǐng)域內(nèi)越來越大的發(fā)展空間。

    2 鍍鋅生產(chǎn)工藝

    通常由鋼鐵廠生產(chǎn)出來的熱軋鋼板銷售到鍍鋅板廠后要經(jīng)過下面幾道工序處理:酸洗、冷軋、退火、鍍鋅。鍍鋅生產(chǎn)線的工藝流程如圖1所示。

    一般來說從“表面處理”到“收卷”的過程中，生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)有以下基本要求:

    （1） 系統(tǒng)的同步性要求較高，否則會(huì)出現(xiàn)拉斷板材的現(xiàn)象;
    （2） 系統(tǒng)的響應(yīng)特性要快;
    （3） 材料表面的張力大小可由控制系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
    以往是通過直流控制系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)工藝的這些要求的。

    3 變頻器應(yīng)用在鍍鋅生產(chǎn)線上的控制方案

    從“表面處理”到“收卷”的工藝過程如圖2所示。

    圖2中“牽引1”、“牽引2”、“牽引3”、“收卷”都采用變頻器加普通異步電機(jī)來控制，下面簡(jiǎn)要介紹變頻控制方案的實(shí)現(xiàn)過程:

    牽引變頻器1、牽引變頻器3工作在開環(huán)矢量控制狀態(tài)下，決定整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行速度，兩個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的速度通過一個(gè)主動(dòng)，一個(gè)從動(dòng)來保證兩點(diǎn)線速度基本一致，依靠活套的“存儲(chǔ)”功能來平衡同步的要求。

    牽引變頻器2工作在轉(zhuǎn)矩控制模式下，獨(dú)立運(yùn)行，模擬電位器信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)，保證牽引1和牽引2之間的張力根據(jù)用戶的要求，可隨意設(shè)定。
收卷部分采用帶卷徑計(jì)算功能的MD330變頻器來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，保證牽引3和收卷之間的張力控制要求。

    牽引變頻器1和牽引變頻器3采用開環(huán)矢量的控制方式，牽引變頻器2、收卷變頻器采用帶編碼器閉環(huán)反饋的閉環(huán)矢量控制方式。

    變頻器控制原理框圖如圖3所示。

    4 “牽引變頻器2”轉(zhuǎn)矩控制調(diào)試方法

    （1） 在電機(jī)上不帶負(fù)載的情況下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置
    在電機(jī)上不帶負(fù)載的情況下，正確輸入電機(jī)相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行調(diào)諧操作，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

    表1 在電機(jī)上不帶負(fù)載的情況下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置
    序號(hào) 參數(shù)類型 數(shù)值 說明
    1 F1——01 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定功率
    2 F1——02 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定電壓
    3 F1——03 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定電流
    4 F1——04 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定頻率
    5 F1——05 實(shí)際值 輸入——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
    6 F1——11 2 將該參數(shù)設(shè)為2后，按下RUN
    運(yùn)行鍵，進(jìn)行電機(jī)完整調(diào)諧

    調(diào)諧完畢后，按下RUN運(yùn)行鍵，通過操作面板查看電機(jī)工作電流，檢查變頻器開環(huán)矢量控制運(yùn)行是否正常（變頻器出廠設(shè)置為變頻器開環(huán)矢量控制運(yùn)行）;
    （2） 正確接好編碼器的連線

    將F0-02設(shè)置為1，正確輸入編碼器脈沖數(shù)（由F2-11設(shè)定），按下RUN運(yùn)行鍵，檢查變頻器閉環(huán)矢量運(yùn)行是否正常。通過操作面板查看電機(jī)在高速和低速情況下的工作電流，如工作電流超過額定電流，或電機(jī)運(yùn)行不起來，則檢查編碼器的接線是否正確，A相和B相的信號(hào)線是否接反，編碼器與電機(jī)轉(zhuǎn)軸是否同心，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表2所示。
    （3） 閉環(huán)矢量運(yùn)行正常后的其它功能參數(shù)設(shè)置

    閉環(huán)矢量運(yùn)行正常后，再設(shè)置其它功能參數(shù)，如表3所示。

    表3 其它功能參數(shù)設(shè)置
    序號(hào) 參數(shù)類型 數(shù)值 說明
    10 F0——02 1 端子控制有效
    11 F0-17 8 設(shè)置加速時(shí)間（根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定）
    12 F0-18 8 設(shè)置減速時(shí)間（根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定）
    13 F2-08 1 轉(zhuǎn)矩控制有效
    14 F2-09 1 轉(zhuǎn)矩上限源AI1
    15 F4-00 1 DI1設(shè)為正轉(zhuǎn)指令
    16 F4-01 4 DI2設(shè)為點(diǎn)動(dòng)信號(hào)
    17 F4-02 9 DI3設(shè)為故障復(fù)位
    18 F7-02 2 STOP鍵復(fù)位功能有效

    5 收卷變頻器恒張力控制調(diào)試方法

    根據(jù)上述方法完成變頻器閉環(huán)矢量的調(diào)試工作后，再進(jìn)行張力調(diào)試，張力控制參數(shù)設(shè)置如表4所示。

    表4 張力控制參數(shù)設(shè)置
    序號(hào) 參數(shù)類型 數(shù)值 說明
    1 FH-00 1 開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式
    2 FH-01 0 收卷控制
    3 FH-03 計(jì)算值 機(jī)械傳動(dòng)比
    4 FH-04 2 AI2為張力給定電位器信號(hào)
    5 FH-06 計(jì)算值 最大張力
    6 FH-07 10% 零速張力提升，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。
    7 FH-09 20% 張力錐度
    FH-10 0 通過線速度計(jì)算卷徑
    8 FH-11 實(shí)際值 最大卷徑
    9 FH-12 實(shí)際值 卷軸直徑
    10 FH-13 0 初始卷徑源由FH-12～FH-15設(shè)定
    11 FH-27 1 線速度輸入信號(hào)選擇AI1，由前一
級(jí)變頻器的AO輸出;
    12 FH-28 計(jì)算值 最大線速度
    13 FH-33 1000 機(jī)械慣量補(bǔ)償系數(shù)
    14 FH-34 7800 材料密度
    15 FH-35 1000 材料寬度
    16 FH-36 8% 機(jī)械摩擦系數(shù)補(bǔ)償

    6 調(diào)試說明

    （1） 轉(zhuǎn)矩控制模式是指變頻器控制的是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不是頻率，輸出頻率是跟隨牽引電動(dòng)機(jī)的速度而自動(dòng)變化。

    （2） 根據(jù)公式F=T/R（其中F為材料張力，T為收卷軸的扭矩，R為收卷的半徑），可看出，如果能根據(jù)卷徑的變化調(diào)整收卷軸的轉(zhuǎn)矩，就可以控制材料上的張力，這就是開環(huán)轉(zhuǎn)矩模式控制張力的依據(jù)。

    （3） MD系列變頻器在閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）下可以準(zhǔn)確地控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，使用這種控制模式，必須加裝編碼器（變頻器要配PG卡）。

    （4） 在實(shí)際使用中張力的設(shè)定值應(yīng)與所用材料、卷曲成型的要求等實(shí)際情況相對(duì)應(yīng)，需由使用者設(shè)定。張力錐度可以控制張力隨卷徑增加而遞減，用于改善收卷成型的效果。

    （5） 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩在加減速時(shí)，有一部分要用來克服收卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，變頻器中關(guān)于慣量補(bǔ)償部分可以通過適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置自動(dòng)地根據(jù)加減速速率進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，使系統(tǒng)在加減速過程中仍獲得穩(wěn)定的張力。摩擦補(bǔ)償可以克服系統(tǒng)阻力對(duì)張力產(chǎn)生的影響。

    （6） 牽引1電機(jī)和牽引3電機(jī)長(zhǎng)期工作在發(fā)電狀態(tài)，牽引1變頻器和牽引3變頻器必須加裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來消耗由電機(jī)回饋回來的能量，否則變頻器直流母線上的電壓會(huì)超過變頻器限定的電壓范圍而報(bào)警停機(jī)。

    7 結(jié)束語

    采用變頻控制方案代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流驅(qū)動(dòng)控制方案，使控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，調(diào)試非常方便、快捷，控制性能完全能夠滿足工藝要求，降低了用戶的投資成本，減少了設(shè)備的維護(hù)量，降低了電能損耗，深受用戶的好評(píng)。