台达变频器力矩控制在铝箔纸压花机上的应用

1 引言
铝箔纸压花机是针对纸张深加工而开发研制生产的一种高科技设备，主要用于各种纸张、印后纸张、铝箔纸等材料的压花、分切及复卷，广泛地应用于印前、印后纸张等材料的深加工工业。压花形式为气压式卧压辊压花，花纹深度一致；花辊可根据需要随时更换花型；收放卷有采用磁粉离合器及制动器方式，也有采用变频器控制的方式，操作十分简便，整机张力高度恒定控制。铝箔纸压花机整机参见图1。

图1 铝箔纸压花机外形图

2 压花工艺原理
原料为圆柱状铝箔纸压花卷材安装到放卷辊上，卷材通过雕花滚筒模具的压制，将事先要求的图案压在铝箔纸上，然后通过收卷辊收卷成为圆柱形成品。成品卷取采取的方式是通过台达DOPA58CSTD触摸屏来设置初始力矩（放卷变频器以及收卷变频器），然后依靠PLC（台达DVP16ES00R）编程设计规划好的程序来检测线速度以及收放卷卷径的大小，通过卷径的不同变化来改变给定变频器的速度控制信号，补偿卷径变化引起的力矩变化，实现恒转矩成品卷曲。收卷变频器和放卷变频器工作在转矩控制模式，压花变频器工作在开环矢量模式。原理示意图如图2所示。

图2 卷取原理示意

      3 台达力矩变频电气设计
      客户处的铝箔纸压花机设计时的最高线速度160米/分，台达推出的VE系列变频器功能和性能上完全能够实现恒转矩控制，通过调整参数以后机器已经能够正常运行，并且效果让客户也很满意。
     3.1 电机规格
      力矩放卷电机：ABB QABP160M6A 380V/17.9A/5-50HZ恒转矩50-100恒功率/7.5kw，电机风扇380VAC，电机轴端编码器+12V/A/B/512ppr。压花电机：曲阜金升电机 380V/11.5A/50HZ/5.5KW/4极/5-50HZ恒转矩50-100恒功率，电机风扇380VAC
      力矩收卷电机：低压变频器ABB QABP132M4A 380V/7.5KW/15.8A/50HZ/5-50HZ恒转矩50-100恒功率，电机风扇380VAC，电机轴端编码器+12V/A/B/512ppr。
      3.2 台达恒转矩传动控制系统配置
      台达触摸屏DOPA58CSTD；
      PLC台达DVP16ES00R（配套扩展4DA/4AD模块）；
      放卷变频器VFD075V43A-2（配套制动电阻780W/75ohm）；
      收卷变频器VFD075V43A-2（配套制动电阻780W/75ohm）；
      压花变频器VFD055V43A-2（配套制动电阻520W/100ohm）。
      3.3电气原理设计
      电气原理参见图3：电气接线图。

图3 电气接线图

      4 VE系列变频器力矩控制参数
      4.1变频器参数的设置过程
      （1）收卷变频器的参数设置
      将变频器带空电机作VF运行，并且察看电机运行状态（输出电压/输出电流/实际转速）：

将变频器指令频率设置到50hz，察看r状态为+1490rpm。
将电机参数写入到变频器对应参数：

做电机自整定，并且将控制方式更改为向量控制FOC+PG，运行看是否正常；
电机动态整定后电机参数如下表：

调整控制方式并且从0-50hz运转，察看电机状态正常（输出电压/输出电流/电机转速）

控制方式改为转矩控制TQR+PG，并且调整相应的转矩参数以及外部端子功能：

（2）放卷变频器的参数设置
将变频器带空电机作VF运行，并且察看电机运行状态（输出电压/输出电流/实际转速）：

将变频器指令频率设置到50hz，察看r状态为+995rpm。
将电机参数写入到变频器对应参数：

做电机自整定，并且将控制方式更改为向量控制FOC+PG，运行看是否正常；
电机动态整定后电机参数如下表：

调整控制方式并且从0-50hz运转，察看电机状态正常（输出电压/输出电流）：

调整相应的参数以及外部端子功能：

如果运转过程中出现力矩不足问题，可以将参数05-25改为2。
4.2 运转状态纪录（线速度设定为160）
（1）收卷卷径最小时（76mm）：

（2）收卷卷径最大时（1000mm）：

根据测试数据，不论是控制收卷，放卷还是压花的变频器，在满卷和空卷的整个工作的过程中，输出电流都在变频器额定电流以内，母线电压也处于很安全的范围，变频器应该能够长期工作。

5 结束语
经过长期运行设备运行稳定，VE变频器在功能和性能上完全能够满足铝箔纸压花机的力矩控制要求；力矩控制无论在启动，停止还是在运行过程中输出都非常稳定，无抖动现象，效果达到设计要求，项目具有在纸张、纺织、线材等卷取类设备电气传动领域推广应用前景。

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