丹佛斯FC302系列驅動器在真空鍍膜機上的應用

摘要：懸浮式高真空卷繞式鍍膜機是包裝工業的關鍵設備之一，其卷繞控制對張力精度、加減速時間要求都很高。丹佛斯FC302系列伺服性能驅動器加上新一代MCO305高速運動控制器，能以分布式的方式實現快速轉速檢測和卷徑計算，并提供高精度的轉矩控制，很好地滿足了真空鍍膜機的卷繞控制要求。本文就丹佛斯FC302系列驅動器在真空鍍膜機上的應用加以詳細論述。

　　關鍵詞：中心卷繞張力控制

　　引言：懸浮式高真空卷繞式鍍膜機的卷繞控制要求高精度的轉矩控制，以前一般采用直流驅動，但是隨著交流驅動技術的飛速發展，現在逐步采用交流永磁同步伺服電機或交流異步電機驅動。丹佛斯FC302系列驅動器具有伺服級的驅動性能，驅動交流異步電機也有實現平穩的轉矩控制，為這個行業提供了一種易用的解決方案，用戶只需要設置幾個簡單的參數，就能滿足實際生產需求，操作和調試也非常簡便。

　　一、懸浮式高真空卷繞式鍍膜機的傳動結構：

放卷轉向為正

放卷轉向為負

圖1、高真空卷繞式鍍膜機的傳動機構

圖1為3驅動懸浮式高真空卷繞式鍍膜機的典型傳動結構，其中：

　　M1為冷卻輥，直徑恒定，由一臺FC302驅動，冷輥的速度即為鍍膜的線速度。

　　M2為收卷輥，中心卷繞，直徑逐步變大，由一臺FC302驅動，提供收卷張力。

　　M3為放卷輥，中心卷繞，直徑逐步變小，由一臺FC302驅動，提供放卷張力。

　　冷卻輥和收卷輥的轉向是固定的，但是放卷輥由于卷筒卷繞方向不同，工作時有正、反兩種轉向，對應反、正兩種轉矩。

　　真空鍍膜機傳動系統的特點：

　　1.由于真空室狹小，無法安裝張力檢測裝置，所以收、放卷張力完全要靠收、放卷驅動的電機直接控制。因此收、放卷驅動器都工作于轉矩工作模式。對于較輕較薄的材料，收卷還必須有張力錐度功能。

　　2.由于工藝方面的原因，起主傳動作用的冷卻輥上沒有壓輥，因此冷卻輥只能靠摩擦力帶動薄膜；收、放卷張力相差較大時，薄膜很容易在冷卻輥上打滑。如何防止打滑是驅動控制方面的難題。

　　二、控制系統結構：

圖2、電氣自控系統示意圖

　　收卷用丹佛斯FC302+MCO305，MCO305上有主、從兩個編碼器接口，主編碼器接口信號來自冷卻輥電機編碼器，負責采集線速度信號；從編碼器信號來自本機電機編碼器，采集本機轉速，并作磁通矢量控制的反饋源。

　　放卷的配置與控制方法與收卷的基本相同。

　　冷卻輥控制相對比較簡單，主要負責恒線速度控制與計米。

　　PLC負責一般的數字邏輯控制，所有計算全部在運動控制器MCO305內完成。運動控制器MCO305的詳細資料請參見參考文獻[2]。

　　卷徑計算：

　　根據線速度相同原理：

　　可以推算收卷卷徑和放卷卷徑。

　　收卷張力錐度控制：

　　有了當前卷徑值，和張力錐度設定值，就能計算當前張力。張力與卷徑的關系如圖3所示，當張力錐度為0時，張力保持恒定不變，相當于恒張力控制；當張力錐度為100%時，卷徑每增大1倍，張力就下降一半，相當于恒轉矩控制。

　　計算公式如下：

　　圖3、張立錐度曲線

　　其中：D為當前卷徑

　　Dmin為最小卷徑

　　Tap為張力錐度

　　Tref為追小卷徑時的張力錐度參考值

　　當Tap=0時，Ttap=Tref

　　當Tap=1時，Ttap=

　　加減速轉矩和摩擦轉矩：

　　為了實現高精度的張力控制，程序中還必須加入摩擦轉矩和加減速轉矩補償。

　　加速轉矩Tβ=β×J

　　其中,β為角加速度；

　　轉動慣量J=

　　三、結束語：

　　現場實際運行證明丹佛斯FC302驅動器+MCO305運動控制器的解決方案完全能夠滿足真空鍍膜機的卷繞控制要求。整機加減速速度超過原來的控制方式，大大減少了原材料的浪費。控制系統調試和參數設置都比較方便。最令客戶滿意的是電機可以采用比較經濟的交流異步電機，在張力控制精度要求更高的場合才需要升級使用交流永磁同步電機。由于FC302既能驅動異步電機，又能驅動同步電機，系統升級時只需簡單地更換電機即可。

　　參考文獻

　　[1]FC300DesignGuide.MG33BC02.Danfoss

　　[2]MCO305DesignGuide.MG33L502.Danfoss

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