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          薄膜卷繞機械變頻調速控制

          2016-01-08 15:11 作者:管理員11 來源:未知 瀏覽: 字號:
          薄膜卷繞機械變頻調速控制

              恒功率負載的輸入轉矩與轉速成反比,即在調速范圍內,轉速低力矩大、轉速高力矩小,電
          動機的輸出功率不變。典型的恒功率負載設備,如機床主軸、軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中
          的卷取機和開卷機,如圖6-63所示。車床的主軸傳動在低轉速時,往往進刀較深,切酎量大,
          此時要求大轉矩;而在高轉速時,進刀較淺,切削量小,此時所需轉矩較小。
              在恒功率負載設備上采用變頻調速時,為了不過分增大通用變頻器的容攝,又能滿足匾功率
          的要求,當在整個調速范圍內分段進行調速時,可以采用變極電動機與通用變頻器相結合或者機
          械變速與通用變頻器相結合的辦法。恒功率負載的機械特性較復雜,系統設計時應注意不能使異
          步電動機超過其同步轉速運行,否則易造成破壞性機械故障。通用變頻器的容量一般取1.1~
          1.5倍異步電動機的容量。變頻控制柜應加裝專用冷卻風扇。

          薄膜卷繞機械工作示意圖
              一、恒功辜負載
              1.恒功率負栽的特點
              在不同的轉速下,負載的功率基本恒定,即PL=常數。即負載功率的大小與轉速的高低無
          關,其功率特性曲線如圖6-64 (c)所示。
              負載轉矩為
              TL=9550PL/nL           (6-34)
          即轉矩特點是負載阻轉矩的大小與轉速成反比,如圖6-64 (b)所示。

          恒功率負載及其特性
              2.薄膜卷繞機械實例
              在工業生產中,各種薄膜的卷取機械,如生產塑料薄膜和金屬膜機械、造紙機械等都是恒功
          率負載的典型例子,這些機械在生產過程中,都需要有放卷和收卷運行。
              如圖6-64 (a)所示為薄膜卷繞機械工作示意圖,其工作特點是:放卷運行中,卷筒的半徑
          r越放越小,收卷過程中,卷筒的半徑r越放越大。
              對拖動系統的要求是,為了使被卷物在放卷和收卷過程中不變形,要求在運行中被卷物的張
          力F必須保持恒定,為了保持張力恒定,必然要求薄膜運行的線速度v不變。隨著“薄膜卷”的

          卷徑r不斷增大,卷取輥的轉速以應逐漸減小,以保持薄膜的線速度v恒定,從而也保持了張力
          F的恒定。
              (l)恒張力的控制方法
              由于具有以上特點,在卷取過程中,負載系統的功率PL
              PL=Fv=const    (6-35)
          式中,張力F保持恒定,卷取物的線速度口保持恒定,所以負載系統的功率PL也是恒定的,如
          圖6-64 (c)所示。
              (2)負載阻轉矩和轉速
              負載阻轉矩為
              TL=Fr    (6-36)
              負載阻轉矩的大小決定于r,放卷運行中,卷筒的半徑r越放越小,卷筒的阻轉矩TL也越
          小,由于負載功率不變,卷筒的轉速將隨轉矩的減小而增高,即
              nL=9550PL/TL    (6-37)
              收卷的過程則相反,隨著卷繞過程的不斷進行,被卷物的直徑則不斷加大,負載轉矩也不斷
          加大,卷筒的轉速將隨轉矩的增加而減小。
              二、恒功率負載的變頻調遮
              1.恒功率負載實現變頻調逮的主要問題
              恒功率負載在設計變頻調速系統時,必須考慮的主要問題是如何減小拖動系統的容量。
              以某卷取機為例,負載的轉速范圍為53~318r/min,電動機的額定轉速為960r/min,傳動
          比λ=3。其機械特性如圖6-65 (a)的曲線1所示。圖中,橫坐標是負載轉矩TL及其折算值T'L;
          縱坐標是負載轉速nL及其折算值n'L。應該注意的是,轉速的折算值實際上就是電動機的轉速,
          但轉矩的折算值卻并不等于電動機的轉矩。為了便于比較,計算時負載的轉矩和轉速都用折
          算值。
              (1)最高轉速時的負載功率


              可見,所選電動機的容量比負載所需功率增大了7.5倍。這是因為,如果把頻率范圍限制在
          fx≤fN內的話,則所需電動機容量為


              可見,變頻調速系統的容量比負載所需功率大了λ倍,是很浪費的。所以在電動機的額定頻
          率以下對恒功率負載進行調速是不恰當的。
              2.減小容量的對策
              當fx>2fN時,電動機的有效轉矩線也具有恒功率性質,應考慮利用電動機的恒功率區來
          帶動恒功率負載,使兩者的特性比較吻合。
              當fx≤2f時,系統容量以fmax=fN為例,因為電動機恒功率區的最高轉速比原來增加了
          一倍,則傳動比λ'也增大一倍,為6。圖6-65 (b)畫出了傳動比增大后的機械特性曲線。其計
          算結果如下。

          電動機拖動恒功率負載機械特性
              (l)電動機的額定轉矩:因為λ'=2λ,所以電動機在額定轉速B于,負載轉矩的折算值減小了
          一半,即
                         TMN≥T'Lmax=30N·m   (6-46)
          電動機的額定轉速:因為電動機在額定轉速時,負載的轉速降低了一半,即


          可見,所需電動機的容量減小了一半。如圖6-66所示為提高不同頻率時帶卷繞機的特性曲
          線。由于電動機的工作頻率過高,會引起軸承磨損及動平衡等方面的問題,故對于卷取機一類必
          須連續調速的機械來說,拖動系統的容量已經不大可能進一步減小了。有些機械對轉速的調整只
          在停機時進行,而在工作過程中并不調速,如車床等金屬切削機床的調速。對于這類負載,可考
          慮將傳動比分為兩擋進行變頻調速。
          提高不同頻率下的帶卷繞機的機械特性
            三、薄膜卷繞機械變頻調速實例
            l_參數
            薄膜數據:Dmin=0.1m,Dmax=1m;
            最大張力:Fmax=200N·m.
            電動機數據:3.0kW,960r/min,7.2A;
            傳動比:λ=10,
            電動機額定轉矩:TMN=9550PMN/nMN=9550×3/960=29.8N·m。
            變頻器選型:森蘭SB70系列,6.4kVA,9.7A,配用4 kW電動機。
            2.變頻調速控制電路(閉環控制)
            (1)張力的檢測
            為了保證收、放卷過程中不變形,拖動系統需要控制張力的恒定。在精度要求較高的場合,
          通常采用張力傳感器直接測定張力,如圖6-67所示。在精度要求不高的場合,也常通過張力架
          卷繞的閉環控制
          的位置變化來測出前、后單元線速度之間的差異,使前、后單元的線速度保持相等·從而簡單實
          現了恒張力的控制。
              (2) PID調節控制功能
              利用變頻器內置的PID調節功能,使拖動系統實現比較穩定的恒張力運行,如圖6-67所示。
              1)變頻器的PID調節功能預置為有效,給定信號輸入端AI1輸入目標信號}
              2)電位器RP用于調節張力的目標信號,即與張力大小對應的信號I
              3)張力傳感器測定的信號作為張力的實測信號接至變頻器的反饋信號輸入端AI2;適當地
          預置P、I、D的數據,就可以穩定實現卷繞的恒張力運行了。
              (3)功能預置
              參數功能預置見表6-31。
          參數功能預置
            (4)電動機參數自整定方法
            電動機和負載脫開,在運行模式下,按運行鍵,測量完成后自動停機。




          PLC控制MM440變頻器實現電動機正反轉。

              1.訓練目的
              (1)熟悉MM440變頻器的基本操作面板。
              (2)掌握PLC與通用變頻器面板操作控制。
              (3)掌握PLC與通用變頻器外部端子操作控制。
              2.訓練器材
              (1) MM 440變頻器實訓操作臺l套。
              (2)三相交流籠型異步電動機1臺。
              3.訓練內容
              (1) PLC控制變頻器基本操作
              隨著變頻器技術的發展和價格的降低,其在工業控制中的應用越來越廣泛。在控制系統中,
          變頻器主要作為執行機構來使用,有的變頻器還有閉環PID控制和時間順序控制的功能。PLC
          和變頻器都是以計算機技術為基礎的現代工業控制產品,將二者有機地結合起來,用PLC控制
          變頻器,是當代工業控制中十分普遍的。常見的控制要求有:
              1)用PLC控制電動機的旋轉方向、轉速和加減速時間。
              2)實現電動機的工頻電源和變頻電源之間的轉換。
              3)實現變頻器與多臺電動機之間的切換控制。
              4)通過通信實現PLC對變頻器的控制,將變頻器納人工廠自動化通信網絡。
              5)變頻器的輸出頻率控制。
              (2) PLC控制變頻器輸出頻率的方法
              1)用PLC模擬量輸出模塊提供變頻器的頻率給定信號。PLC的模擬茸輸出模塊輸出的直流
          電流信號送給變頻器的模擬量轉速給定輸入端,用模擬量輸出信號控制變頻器的輸出頻率。這種
          控制方式的硬件接線簡單,但是PLC的模擬輸出量模塊價格高,模擬信號可能會受到干擾信號
          的影響。
              2)用PLC的數字輸出信號有級調節變頻器的輸出頻率。PLC的數字量輸出/輸入點一般可
          以與變頻器的數字量輸入/輸出點直接相連,這種控制方式的接線簡單,抗干擾能力強。用PLC
          的數字量輸出模塊可以控制變頻器的正反轉,有級調節轉速和加減速時間。雖然只能有級調節,
          但是對于大多數系統已足夠。
              3)用串行通信提供頻率給定信號。PLC和變
          頻器之間的串行通信除了可以提供頻率給定信號
          外,還可以傳送大量的參數設置信息和狀態
          信息。
              4)用PLC的高速脈沖輸出信號作為頻率給定
          信號。
              (3) PLC對變頻器的控制
              如圖6-68所示為PLC和MM440變頻器聯機
          正反轉控制的接線圖。
              通過S7-226PLC和MM440變頻器聯機,實現
          MM440控制端口開關操作,完成對電動機正反轉
          運行的控制?刂埔笕缦拢
              1)電動機正向運行時,正向起動時間為8s.
          變頻器輸出功率30Hz。
          PLC和MM440變頻器聯機正反轉控制接線圖
          2)電動機反向運行時,反向起動時間為8s,變頻器輸出率30Hz。
          3)電動機停止時,發出停止指令,10s內電動機停止。
          4.訓練步驟
          (1) S7-226 PLC輸入/輸出分配
          根據控制要求寫出PLC輸入/輸出分配,見表6-32。

          輸入/輸出分配
              (2) PLC程序設計及變頻器參數設置
              1) PLC程序設計的編程輸入步驟省
          略,只畫出梯形圖,如圖6-69所示。
              2)變頻器參數設置:變頻器的操作步
          驟省略,只列出需要設置參數,見表6-33。
            (3)操作控制
            1)電動機正向運行。當按下正轉按鈕
          SBl時,MM440的端口DINI為“ON”,
          電動機按P1120所設置8s斜坡上升時間正
          向起動,經8s后,電動機正向穩定運行在
          由P1040所設置的30Hz對應的轉速上。
            2)電動機反向運行。當按下反轉按鈕
          SB3時,MM440的端口DIN2為“ON”,
          電動機按P1120所設置的8s斜坡上升時間反向起動,經8s后,電動機反向運行在由P1040所設
          置的30Hz對應的轉速上。
              3)電動機停車。無論電動機當前處于正向還是反向工作狀態,當按下停止按鈕SB2時.
          MM440的端口DIN1和DIN2為“OFF,電動機按P1121所設置的lOs斜坡下降時間正向(或
          反向)停車,經10s后電動機停止運行。
          PLC控制變頻器正反轉梯形圖
          參數設置1
          參數設置2
              5.注意事項
              PLC的數字輸入/輸出分配不是唯一的,一旦輸入/輸出端口的功能和外圍設備接線圖確定
          后,PLC程序設計要與外圍設備硬件的連接相對應。
              6.實訓考核及成績評定
              參見表6-14。

          1.恒功率負載的特點是什么?
          2.恒功率變頻調速適用的頻率范圍是多少?
          3.恒功率負載變頻調速的重點是什么?
          (責任編輯:laugh521521)
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