TD3300变频器在浆纱机卷绕张力控制中的闭环应用
前言某棉纺厂使用1999年郑纺机开发生产的ZGA-203双浆槽浆纱机，可对1600支头的低支棉到9000支头的高支棉、张力从800N到3000N的多种纱线进行浆纱，该设备属当时*产同类设备中的先进产品。
该设备原传动方案采用的是单变频+机械**调速，即通过台达VDF-A变频器（18.5KW）调节主牵引电机（15KW）的转速，主牵引电机再通过4个机械**调速器（可人工微调机械变比）到其他各自传动点，形成速度链，以保持各区间张力。而收卷部分则由主电机带动气动机械**调速器，通过人工调节气压来调节卷取张力，并自动稳定收卷张力。
但该设备在使用*段时间后陆续出现不少问题，主要是收卷部分的气动机械**调速器*易磨损，引起收卷张力不稳定，要么纱线张力过小导致卷曲，要么纱线张力过大导致断裂，同时该部分的维修费时又费力，严重影响了后续织布的产量和质量。
**艾默生公司推出的TD3300系列张力控制*用变频器，内部具有卷径计算模块，能够自动计算卷径变化，可*立构成张力控制系统，完成开环、闭环恒张力控制；同时该系列变频器具有张力锥度控制功能，可保证收卷后各层形状均匀，*大地提高了张力控制的精度和速度，提高了生产效率。经过我公司的推荐，该棉纺厂*终决定使用艾默生TD3300张力控制*用变频器对浆纱机的收卷部分进行改造。
2控制方案
2.1控制要求
变比 : 11.73
卷径范围 : 110mm---780mm
速度调节范围 : 3m/min----60m/min
张力调节范围 : 800N----3000N
收卷线速度保持与主线速度同步且可调，在收卷恒速、调速及启、停（收卷中途15KW主电机暂停，便于处理问题）过程中须保持收卷纱线的张力恒定。
2.2控制方案及电机选择
我们知道TD3300变频器张力控制有张力开环转矩模式、张力闭环速度模式和张力闭环转矩模式三种控制模式。张力开环转矩模式具有不需安装张力传感器，同时可以节约张力传感器成本的优势，被广泛应用于张力控制要求不高的场合。但要求电机的*小输出转矩*好控制在电机额定转矩的10%以上。
由于不同纱线产品要求控制的张力差别较大，在选择电机时我们须按*大卷径和*大张力给定值来计算电机的额定输出转矩 （转矩指令公式T=F × D / 2 × i
T : 为变频器的输出转矩指令；
F: 为张力设定指令；
D: 为卷筒的卷径；
I: 为机械传动比）
T=（3000 ×0.78） / （2 × 11.73）=100 N
另通过计算变频器运行频率在0.3 HZ----67.2 HZ，收卷电机*好使用变频电机，以保证电机的安全使用。因此收卷电机选择22KW四*变频电机（额定转矩140N），收卷变频器选择 TD3300-4T0220G。
那么电机的*小输出转矩则按*小卷径和*小张力给定值来计算：
T=（800 ×0.11） / （2 × 11.73）=3.78 N
如果我们选择张力开环转矩模式，那么要求电机的*小输出转矩只有电机额定输出转矩的2.7%（ 3.78N/140N），远低于10%的要求，这样我们在生产小张力纱线时，要保证小卷径的收卷张力恒定是很困难的。也就是说在作张力控制时既要求张力恒定，又要求张力可调范围要大，使用张力开环转矩模式是很难达到控制要求的。
那么控制方案只能选择张力闭环模式，张力闭环模式又分张力闭环速度模式和张力闭环转矩模式。张力闭环速度模式虽对PID参数有*定的依赖性，但相对于张力闭环转矩模式而言，调试要相对简单，且*能达到控制要求。因此本控制方案采用张力闭环速度模式，在收卷辊和压纱辊之间增加张力传感器（24V DC电源、4---20mA电流信号输出）、张力辊和角度辊（如图虚线部分），通过张力传感器的信号反馈实现张力闭环控制，从而达到收卷张力恒定的目的。
据了解，郑纺机后期的升*产品中收卷部分也使用的是张力闭环方案。
注意 ：我们要保证在大卷径、大张力、低速或零速时电机有足够输出转矩，以防止电机在低速和零速时转矩不够，引起的收卷辊回车，TD3300应设置为闭环矢量控制模式，提高电机低频输出转矩。这样我们也需在电机上加装旋转编码器（光洋、1024线输出）。
3收卷变频器的调试步骤
(欢迎来电咨询 郑州中鑫自动化设备有限公司 网址：www.hnzkwx.com 电话：0371-60133978 手机：13837132021 )
3.1 初步*查变频器和电机参数。
电机铭牌：
额定功率： 22kw，
额定电压： 380V，
额定频率： 50Hz，
额定电流： 42.6A，
额定转速： 1470rpm.
3.2 完成变频器电机参数自辨识
3.2 完成变频器电机参数自辨识
在键盘控制模式下输入电机铭牌参数；
设定F1.09=1，允许自动调谐；
然后设定F1.10=1，启动电机调谐，进行调谐，得到电机参数（祥见《TD3000高性能矢量控制变频器用户手册》） ；
调谐完成后，重点*查变频器辨识出的电机的空载电流，电机空载电流正常应在电机额定电流的30%～50%范围内。F1.16为18.6A，在正常范围内。
然后设定F1.10=1，启动电机调谐，进行调谐，得到电机参数（祥见《TD3000高性能矢量控制变频器用户手册》） ；
调谐完成后，重点*查变频器辨识出的电机的空载电流，电机空载电流正常应在电机额定电流的30%～50%范围内。F1.16为18.6A，在正常范围内。
3.3 初步测试变频器对电机的驱动能力和旋转编码器的接线
旋转编码器：光洋1024线输出，供电电压24VDC，推挽输出。
TD3300变频器应在（FB编码器功能项）设置编码器的参数(FB.00=1024)，在键盘控制模式测试变频器对电机的驱动能力，重点观测变频器的输出频率的稳定性和输出电流的大小，注意监视TD3300变频器此时的输出电流，若在空载的情况下，输出电流偏大并且报过流故障，应该是旋转编码器的接线有误，更换接线或更改变频器内PG接线的方向设定（功能码FB.01）。
TD3300变频器应在（FB编码器功能项）设置编码器的参数(FB.00=1024)，在键盘控制模式测试变频器对电机的驱动能力，重点观测变频器的输出频率的稳定性和输出电流的大小，注意监视TD3300变频器此时的输出电流，若在空载的情况下，输出电流偏大并且报过流故障，应该是旋转编码器的接线有误，更换接线或更改变频器内PG接线的方向设定（功能码FB.01）。
3.4 完成TD3300的信号连接
连接VDF-A变频器模拟输出口AFM、ACM（设模拟输出量对应变频器的输出频率）到TD3300变频器模拟输入端AI3、GND，完成相关参数(F6.02=0,F6.05=1.0)设置，作为TD3300的速度同步控制信号。
连接VDF-A变频器模拟输出口AFM、ACM（设模拟输出量对应变频器的输出频率）到TD3300变频器模拟输入端AI3、GND，完成相关参数(F6.02=0,F6.05=1.0)设置，作为TD3300的速度同步控制信号。
连接VDF-A变频器继电器输出端子RA、RC到TD3300变频器的FWD、COM端子，作为TD3300的运行控制信号。
连接张力传感器（外接24V电源）的输出信号到TD3300变频器接口板AI2，并置V/I端口的跳线在I侧，完成相关参数（ F6.01=4,F6.04=1.0）设置。
3.5 设置TD3300变频器的相关运行参数，初步带载试运行。
F0.02=1， 闭环矢量，如果设为开环矢量，有回车现象；
F0.02=1， 闭环矢量，如果设为开环矢量，有回车现象；
F0.05=1， 端子控制；
F0.07=110，*大频率；
F0.08=110，上限频率；
F0.10=0.01，加速时间；
F0.11=0.01，减速时间；
F1.00=11.73,设备厂*提供的收卷电机与收卷卷轴的转速比；
F3.06=1,闭环张力控制模式1；
F5.00(控制模式)＝2，三线模式；
F5.03(多功能端子X1)＝12，卷径复位1指令；
F5.03(多功能端子X2)＝1，预驱动，在人工换卷伸头时切换X2到ON，保持收卷线速度与主速度同步，防止意外；
F5.03(多功能端子X3)＝16，三线运行控制，接原控制系统离合器松按钮常闭；
F6.02＝4，4---20ma张力传感器反馈 电流；
F7.02＝1，反馈选择AI2；
F7.03＝7.5，比例增益P1，多次调试后的*终值；
F7.04＝6.8，积分时间Ti1，多次调试后的*终值；
F7.05＝0.65，微分时间Td1，多次调试后的*终值；
F7.06＝11.0，比例增益P2，多次调试后的*终值；
F7.07＝99.99，积分时间Ti2，多次调试后的*终值；
F7.08＝0.25，微分时间Td2，多次调试后的*终值；
PID参数调试是*个细致认真的过程，须多次反复调试才能满足要求。（注意：如未加卷径计算功能，调试时需人工设定F8.16相对应的当前卷径）
两套PID参数的*终值差异较大，主要是因为PID1用于提高低速时的快速跟踪和响应，PID2用于保持高速时的运行平稳。
F7.10＝2，PID参数调整依据 ，线速度；
*终把PID参数调整依据 F7.10设为2，是因为线速度变化的范围（3---60m/min， 30倍）相对于卷径变化的范围（110---780mm， 7倍）要大得多， 且收卷张力受速度变化的影响也要大些。
F8.01=1,AI1设定；
F8.03=5000,根据现场调试情况修改，满足张力设定电位器的调整要求；
F8.03=5000,根据现场调试情况修改，满足张力设定电位器的调整要求；
F8.06=1, 张力锥度系数；
F8.07=10, 根据现场调试情况修改 ；
F8.08=0, 初步设定卷径不计算，保证初步测试时张力的稳定；
F8.09=780，设备厂*提供，建议比厂*提供的数值稍大*些；
F8.10=110，设备厂*提供，空芯卷轴的直径；
F8.12=110，卷径复位用，与F5.01(多功能端子X1)＝12，卷径复位1指令配合使用；
F8.08=0, 初步设定卷径不计算，保证初步测试时张力的稳定；
F8.09=780，设备厂*提供，建议比厂*提供的数值稍大*些；
F8.10=110，设备厂*提供，空芯卷轴的直径；
F8.12=110，卷径复位用，与F5.01(多功能端子X1)＝12，卷径复位1指令配合使用；
3.6 加卷径计算功能，带载运行
F8.08=1,设定卷�*丛囱≡裣咚俣燃扑惴ǎ舳砭都扑隳？椋�
FC.00=3,AI3设定，来自主牵引变频器VDF-A的AFM(运行频率)口的输出。
FC.03=60m/min,设备厂*提供，
F8.08=1,设定卷�*丛囱≡裣咚俣燃扑惴ǎ舳砭都扑隳？椋�
FC.00=3,AI3设定，来自主牵引变频器VDF-A的AFM(运行频率)口的输出。
FC.03=60m/min,设备厂*提供，
FC.00*FC.03=当前线速度V，变频器根据公式:D=(i*V)/(л*n) 自动计算当前卷径；
FC.04=3 m/min,防止TD3300变频器在速度较低时卷径计算不准导致变频器输出力矩的波动；当TD3300变频器运行的线速度低于FC.04设定值时，卷径计算功能停止，保持当前卷径值；当TD3300变频器运行的线速度大于FC.04设定值时，卷径计算功能重新使能。
带载测试，微调PID参数，收卷过程张力平稳，达到控制要求。(欢迎来电咨询 郑州中鑫自动化设备有限公司 网址：www.hnzkwx.com 电话：0371-60133978 手机：13837132021 )
FC.04=3 m/min,防止TD3300变频器在速度较低时卷径计算不准导致变频器输出力矩的波动；当TD3300变频器运行的线速度低于FC.04设定值时，卷径计算功能停止，保持当前卷径值；当TD3300变频器运行的线速度大于FC.04设定值时，卷径计算功能重新使能。
带载测试，微调PID参数，收卷过程张力平稳，达到控制要求。(欢迎来电咨询 郑州中鑫自动化设备有限公司 网址：www.hnzkwx.com 电话：0371-60133978 手机：13837132021 )
4总结：
在作张力控制时，如果既要求张力恒定，又要求张力可调范围要大，*好采用张力闭环模式。
本设备采用TD3300的变频改造后，现场配置简洁，工作稳定，调试方便。实际的收卷效果也很理想，用户已使用较长时间，对改造结果相当满意。