1. 引言

織物在練漂和印染過程中，由于經(jīng)受很多次機(jī)械的經(jīng)向拉力作用，使織物經(jīng)向伸長，緯向收縮，產(chǎn)生如幅寬不勻、布邊不齊、緯紗歪斜等現(xiàn)象。為了克服上述缺點(diǎn)，織物必須經(jīng)過拉幅整理。拉幅整理是根據(jù)棉纖維在潮濕狀態(tài)下具有一定可塑性的特性，在干燥過程中，調(diào)整經(jīng)緯紗在織物中的狀態(tài)，將織物門幅拉至規(guī)定尺寸，達(dá)到形態(tài)穩(wěn)定的效果。

針鋏鏈?zhǔn)嚼ㄐ蜋C(jī)是實(shí)現(xiàn)拉幅功能的機(jī)械，它由進(jìn)布架、軋車、整緯裝置、烘筒，熱風(fēng)烘及落布架組成。工作時，定型機(jī)夾住布邊逐漸拉寬，并緩緩的干燥，從而獲得暫時的定型。主傳動部分由主從兩根鏈條組成，要求它們位置高度同步，穩(wěn)定運(yùn)行時的緯斜在5mm之內(nèi)，動態(tài)加減速過程可在40mm之內(nèi)，但穩(wěn)定運(yùn)行時應(yīng)立即消除，且不能有累計誤差。以前的方案使用機(jī)械同步，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件多，成本高，安裝難度大，維護(hù)成本高,運(yùn)行起來噪音也很大，現(xiàn)在較流行的是使用高檔PLC+變頻器的控制方式，主從鏈分別由兩臺交流異步電機(jī)來驅(qū)動，在機(jī)械上不加任何連接，由PLC測量位置偏差并計算輸出頻率來分別控制兩臺變頻器以達(dá)到位置同步。該方案的主要缺點(diǎn)是PLC需配置高速計數(shù)模塊，編寫控制位置同步的程序難度高，使得系統(tǒng)成本高、開發(fā)周期長，并且通訊控制有延時使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度一般。本文介紹一種使用SB80B變頻器實(shí)現(xiàn)主從兩根鏈條的位置同步而不需外加任何位置同步控制設(shè)備的方案。

2. 森蘭SB80B變頻器簡介

SB80B變頻器是森蘭變頻器制造有限公司自主開發(fā)的新一代低噪聲、高性能、多功能的工程型矢量控制變頻器。它應(yīng)用極其廣泛，這主要得利于它的模塊化設(shè)計及多種選配件，模塊有兩個層次：通用功能模塊，如PID控制、多段頻率、自動節(jié)能運(yùn)行等；行業(yè)專用功能模塊，如位置控制，紡織應(yīng)用、恒壓供水應(yīng)用等。它還具有豐富的可編程模塊，功能非常完整，編程靈活方便，包括：兩個多功能比較器、兩個邏輯單元、兩個定時器、一個計數(shù)器（高速計數(shù)方式可對高達(dá)300kHz的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)）、四個算術(shù)單元和一個低通濾波器。用戶可以根據(jù)所需對SB80B的資源進(jìn)行編程，既可以利用它的可編程功能模塊來配合專用功能模塊的使用，也可以和通用功能模塊配合來實(shí)現(xiàn)更多行業(yè)的更廣泛的功能。
SB80B的高速計數(shù)方式可對從脈沖編碼器接口進(jìn)來的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，其中從A通道進(jìn)入的脈沖為增信號，B通道進(jìn)入的脈沖為減信號，計數(shù)器的計數(shù)值和計數(shù)偏差可以通過功能碼查詢。
SB80B還內(nèi)置功能完備的過程PID，除了完成常規(guī)的閉環(huán)控制外，還可把PID的輸出加在變頻器的輸出頻率上實(shí)現(xiàn)對頻率的實(shí)時修正，這在很多閉環(huán)控制場合必不可少。PID的輸入和反饋通道有很多種選擇，反饋信號還可以設(shè)置為模擬量的多種運(yùn)算結(jié)果。

3. 系統(tǒng)設(shè)計

考慮到不能有位置累計誤差的要求，故即使非常精確的速度控制也無法滿足要求。我們必須把位置作為一個反饋信號來控制變頻器，才能達(dá)到消除累計誤差的目的。因此，需在主從電機(jī)的傳動裝置上都裝脈沖編碼器，利用SB80B的高速計數(shù)器來對編碼器的脈沖進(jìn)行計數(shù)，以達(dá)到記錄當(dāng)前位置偏差的目的。使用兩臺變頻器分別驅(qū)動主從兩臺電機(jī)，主變頻器無特殊要求，只需開環(huán)運(yùn)行，從變頻器采用SB80B，它的PID修正頻率功能可以根據(jù)得到的位置偏差不停的修正輸出頻率，以達(dá)到位置同步。
需要注意的是，主從傳動裝置的脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)必須相等，否則主從鏈每個脈沖代表的位置量不同，將無法實(shí)現(xiàn)同步控制。

下圖為利用SB80B實(shí)現(xiàn)位置同步的實(shí)現(xiàn)原理圖：

圖1 拉幅定型機(jī)主從鏈位置同步實(shí)現(xiàn)原理圖

在拉幅定型機(jī)傳動系統(tǒng)的其他部分需要和主傳動速度成一定比例變化，這可以外加一個普通PLC計算后由通訊給定。下圖是我們的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖：

圖2 拉幅定型機(jī)電氣傳動系統(tǒng)

人機(jī)界面是輸入系統(tǒng)控制參數(shù)的設(shè)備，PLC根據(jù)人機(jī)界面設(shè)置的參數(shù)通過串行口把控制命令發(fā)送給各變頻器，如主鏈給定速度，控制命令等；兩臺變頻器分別驅(qū)動主從鏈上的兩臺電機(jī)，主變頻器使用開環(huán)VF控制，主電機(jī)的傳動裝置接PG，PG信號的A相接在從變頻器的編碼器接口的A-端子上；從變頻器也使用開環(huán)VF控制，并選擇PID作速度修正，從電機(jī)的傳動裝置的PG信號的A相接在從變頻器的編碼器接口的B-端子上。激活高速計數(shù)器功能，這樣，如果主鏈速度比從鏈速度快，計數(shù)器值增加，反之減少。計數(shù)偏差代表兩根鏈條的位置累計誤差，若偏差大于0，表示主鏈的位置超前，反之表示主鏈的位置滯后。計數(shù)偏差經(jīng)過算術(shù)單元處理后作為PID的反饋量輸入（PID給定量設(shè)為0，意為調(diào)整的目標(biāo)是沒有位置偏差），經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后加在從變頻器的輸出頻率上。系統(tǒng)其他部分的電機(jī)的運(yùn)行頻率由PLC根據(jù)主變頻器的輸出頻率計算得到。

4. 運(yùn)行調(diào)試

主變頻器的參數(shù)設(shè)置較簡單，在此只列出從變頻器需要修改的參數(shù)設(shè)置，如下表所示：

調(diào)試步驟如下：
（1）首先確保接線無誤，主從電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向一致；
（2）為了獲得更好的控制性能，分別對主從電機(jī)進(jìn)行一次電機(jī)參數(shù)自整定，具體步驟請參見SB80B的用戶手冊；
（3）給出運(yùn)行命令，觀察PU-19（計數(shù)器偏差，表示位置偏差），調(diào)節(jié)F6-06（PID的比例增益1）和F6-07（PID的積分時間1）至一個合適的值，使得PU-19的值最穩(wěn)定，且保持在0左右。參數(shù)調(diào)節(jié)不適當(dāng)，易產(chǎn)生位置超調(diào)或響應(yīng)太慢，很難達(dá)到理想的控制效果，實(shí)際的位置可能會不停的在超前和滯后之間振蕩，也可能始終有一個靜差無法消除。設(shè)傳動裝置每旋轉(zhuǎn)一圈鏈條走動1米，主從傳動裝置上的脈沖編碼器均為1000脈沖/轉(zhuǎn)，CL-27設(shè)為10000時，則PU-19偏差為0.01％代表實(shí)際的位置偏差為主鏈超前（0.01％×10000÷1000脈沖/轉(zhuǎn)÷1圈/米）＝1毫米。實(shí)際系統(tǒng)經(jīng)我們多次調(diào)整PI參數(shù)后，穩(wěn)定運(yùn)行時的誤差在3mm以內(nèi)，加減速和急停時的誤差在8mm以內(nèi)，且能實(shí)時修正，精度超過了先前的方案和用戶的期望，用戶非常滿意。

5. 總結(jié)

本方案僅用變頻器就實(shí)現(xiàn)了高精度的位置同步控制，與該系統(tǒng)以前使用的高檔PLC+變頻器的方案相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）開發(fā)難度很低，只需設(shè)置變頻器功能碼，無需為PLC增加高速計數(shù)模塊并編寫復(fù)雜的PLC控制程序；
（2）修正是直接在從變頻器中完成的，故控制延時小、響應(yīng)速度快，修正精度高、效果好；
（3）成本低。實(shí)現(xiàn)同步只需要使用SB80B變頻器，若要實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)，只需購買一個具備通訊功能的普通性能的PLC即可，無需配置高速計數(shù)模塊；
可見，在拉幅定型機(jī)上使用SB80B變頻器，精度高成本低，系統(tǒng)組成簡單，工作穩(wěn)定可靠。