摘 要 本文以超級壓光機為例，通過引入TD3300系列變頻器，介紹了變頻矢量控制中張力開環的基本方式和TD3300調試步驟。
1 前言
超級壓光紙簡稱SC紙，以價格低廉的磨木漿、化學機械漿或廢紙脫墨漿以及麥草漿為主要原料，配以少量的長纖維化學漿，并添加30％以上的填料制成，其平滑度達 500S以上，不透明度達85％以上，裂斷長縱橫平均達3000m以上，其質量可和低定量涂布紙比美，可用作廣告、目錄、插頁等彩色印刷。由于該工藝使用大量填料和高得率的磨木漿或化機漿，可節省纖維和木材資源，因此可大大降低成本。紙頁經壓光機壓光后，可以提高紙頁的平滑度、光澤度和緊度，使紙頁全幅厚度一致，從而改善紙張的外觀質量，并減少透氣度。
圖一所示的超級壓光機主要分為放卷裝置（又稱退紙器）、壓光輥裝置（含主電機）和收卷裝置等。原紙從放卷裝置處經引紙輥依次通過各紙粕輥和冷鑄輥后進入中心收卷。本文論述的就是如何采用變頻控制來完成超級壓光機的傳動控制。
圖一 超級壓光機簡圖
2 超級壓光機的變頻控制
2.1 開環的張力控制方案
超級壓光機在快速啟動、快速停止以及中間連續調速中必須保證紙頁的張力恒定，否則收取的紙頁就會卷曲、折頁甚至斷裂，嚴重影響生產的質量和產量。本系統中利用變頻器的組合來達到精確的張力控制，我們知道一般情況下可以通過兩種方式可以滿足這樣的要求：一是通過控制電機的速度來實現，二是通過控制電機的轉矩來實現。由于考慮到安裝張力傳感器的成本和條件，故采用開環的張力控制來實現。當然在這種控制方式下，紙頁的張力還是必須要知道的，無非它是通過變頻器內部的檢測和計算來獲取的，從而降低了系統的成本和難度。
由設定的張力和卷筒的卷徑可以計算出變頻器的轉矩指令，其公式如下：
T=（F X D） / （2 X i ）
其中：T 為變頻器的輸出轉矩指令；F為張力設定指令；D為卷筒的卷徑；i為機械傳動比。
本方案必須考慮到線速度檢測信號、卷徑計算和張力錐度控制，這樣才能準確地控制電機的轉矩輸出，保持張力的恒定。
2.2 超級壓光機的變頻組構
超級壓光機的主傳動功率的計算可以根據以下：
P = K x B x V x N
其中：P為電動機功率（KW）；K為常系數，一般取0.015～0.026；V為工作車速（M/min）；N為輥數（根）。
以四川某造紙廠為例，采用十二輥超級壓光機，收卷的紙張寬1M，厚10um，設計車速為250米/分。則選用的主牽引電機（變頻器）功率為：P = 0.018 X 1 X 250 X 12 = 54KW，因此可以選用55KW的變頻器。
本系統采用高性能的矢量變頻器TD3000，配置如下：主牽引變頻器：TD3000-4T0550G、收卷變頻器： TD3300-4T0055G。另外收卷電機采用變頻電機，并加裝旋轉編碼器（歐姆龍、1024線輸出）
圖二 超級壓光機電氣配置簡圖
2.3 變頻調速控制描述
本系統用TD3000矢量開環控制來驅動主傳動電機，收卷變頻器TD3300采用開環張力控制模式。主牽引的速度給定從AI1輸入，控制精度達 1%～0.5%。TD3300采用前級主牽引變頻器TD3000的模擬輸出口AO2（輸出TD3000變頻器的運行頻率）來得到線速度，并進行卷徑計算；張力設定信號由AI1獲取；旋轉編碼器的信號分別接到PGP/COM/A-/B-口。
3 超級壓光機收卷變頻器的調試步驟
3.1 初步檢查變頻器、電機、旋轉編碼器的接線及銘牌參數。
電機銘牌：額定功率5.5kw，額定電壓380V，額定頻率50Hz，額定電流11.6A，額定轉速1440RPM.
旋轉編碼器：歐姆龍1024線輸出，供電電壓24VDC，A\B\Z開路集電極輸出。
3.2 完成變頻器電機參數自辨識
重點檢查變頻器辨識出的電機的空載電流，電機空載電流正常應在電機額定電流的30%～50%范圍內。TD3300變頻器實際辨識出電機的空載電流為4.9A，是電機額定電流的42%，在正常范圍之內。
3.3 初步測試變頻器對電機的驅動能力
TD3000變頻器設置為開環矢量控制模式，TD3300設置為閉環矢量控制模式，TD3300變頻器應在（FB編碼器功能項）設置編碼器的參數（FB.00=1024），在鍵盤控制模式測試變頻器對電機的驅動能力，重點觀測變頻器的輸出頻率的穩定性和輸出電流的大小，特別關注TD3300變頻器的輸出電流，若在空載的情況下，輸出電流偏大并且報過流故障，應該是旋轉編碼器的A\B相接線有誤，更換A\B相接線或更改變頻器內PG接線的方向設定（功能碼FB.01）。
3.4 完成TD3000和TD3300的信號接口測試
完成TD3000變頻器模擬輸出口AO2（F6.07=1）和TD3300變頻器模擬輸入口AI2（F6.01=0,F6.04=1.0）的相關參數設置，檢查TD3300變頻器接口板AI2上V/I端口的跳線在I側，并校正TD3000模擬輸出口AO2的輸出和對應的TD3300模擬輸入口AI2的線性度（臨時修改TD3000變頻器AO2口（F6.07=0）為設定頻率輸出，設定F3.03=0,通過修改F3.04的值可改變AO2口的輸出值。利用TD3300鍵盤停機時可顯示AI2的輸入電壓值－設定FD.02=1024,在TD3000和TD3300上電不運行的情況下，修改TD3000變頻器F6.10-AO2零偏調整和F6.11－AO2增益設定，可完成其線性度的校正）。
3.5 設置TD3000和TD3300變頻器的其他相關運行參數，初步帶載試運行。
F3.06=3,開環張力控制模式；
F1.00=2.81,設備廠家提供的收卷電機與收卷卷軸的轉速比；
F5.03（多功能端子X3）＝12，卷徑復位1指令；
F8.00=0,收卷模式；
F8.01=1,AI1設定；
F8.03=1000,根據現場調試情況修改，滿足張力設定電位器的調整要求；
F8.08=0,初步設定卷徑不計算，保證初步測試時張力的穩定；
F8.09=500，設備廠家提供，建議比廠家提供的數值稍大一些；
F8.10=170，設備廠家提供，空芯卷軸的直徑；
F8.12=170，卷徑復位用，與F5.03（多功能端子X3）＝12，卷徑復位1指令配合使用；
F8.16=170，TD3300變頻器初步啟動時計算變頻器輸出轉矩用；
F8.17=0,正向，由于收卷電機處于電動狀態，力矩輸出應與轉速方向一致，即正向。
參數設置后設備運行較好，客戶反映隨著卷徑的增加，張力越來越小，這是卷徑未計算的結果。
3.6 加卷徑計算功能，再次帶載運行
F8.08=1,設定卷徑來源選擇線速度計算法；
FC.00=2,AI2設定，來自主牽引變頻器TD3000的AO2（運行頻率）口的輸出。
FC.03=250m/min,設備廠家提供，FC.00＊FC.03=當前線速度V，變頻器根據公式:D=（i＊V）/（л＊n） 計算當前卷徑；
FC.04=80 m/min,防止TD3300變頻器在速度較低時卷徑計算不準導致變頻器輸出力矩的波動；當TD3300變頻器運行的線速度低于 FC.04設定值時，卷徑計算功能停止，保持當前卷徑值；當TD3300變頻器運行的線速度大于FC.04設定值時，卷徑計算功能重新使能。
再次帶載測試，收卷過程張力平穩，達到要求。但客戶反映TD3300剛啟動時力矩突加較猛，紙張容易拉斷，修改F3.12功能項，使TD3300變頻器啟動時轉矩斜坡方式產生，減緩啟動時的力矩突變，至此完全滿足客戶的工藝要求。
（注：此系統由于設備慣量較小，全過程張力恒定，未使用慣量補功能償和張力錐度控制功能）
4 結束語
本系統采用TD3000+TD3300的變頻收卷方案后，現場配置簡潔，工作穩定，調試方便。實際的收卷效果很是理想，端面整理，張力穩定。正是基于變頻器TD3300的張力控制特點，加上其完善的功能、高可靠性和優秀的性能價格比，滿足了用戶對于紡織、造紙、冶金等各個領域的不同要求。