本文講述了一種新型的卷繞系統，和傳統的卷繞系統不同，無卷徑測量環節，也無松緊架同步裝置，簡單的讓伺服控制變頻器工作在轉矩模式，用計算的方法間接獲取卷徑信息，實現變張力卷繞。 1 引言 卷繞系統在紡織、印染、造紙、冶金等行業應用很廣泛。多數情況下，要求加工過程中保持張力恒定。但是卷繞過程則不同，有時要求內緊外松，既要求實現變張力控制，隨著卷徑的增大，張力逐漸變小。恒張力常常和恒線速度相關，恒線速度則要求電機的轉速與卷徑成反比。對張力的控制可以采用開環的方法，也可以采用閉環的方法。有些電動機（如力矩電機等）本身具有軟機械特性，用它們來驅動卷繞機構，可以獲得近似恒張力運行；卷徑的變化可以看著是一種擾動，用擾動補償調節，可以實現間接法張力控制，也是一種近似的恒張力控制。最直接最有效的方法是利用張力傳感器實現張力的閉環調節，也稱直接法張力控制。印染聯合機中常用的松緊架也可以看作是一種張力檢測環節。只是這種裝置體積大、精度差，沒有張力顯示，使用不便。 卷徑（卷軸直徑）在卷繞系統中是一個必不可少的參數，一般需要用某種檢測裝置來獲取。卷繞張力是卷徑的函數，需要通過計算來獲得。 本文講述的是一種全新的卷繞系統，利用最新的伺服控制器所提供的轉矩控制模式，實現恒線速度和變張力卷繞控制，無須松緊架同步裝置。控制所需要的卷徑值通過伺服控制器內部計算獲得，無須卷徑的檢測，是一種全新的簡單的方法。在所構成的應用系統中，用現場總線在可編程控制器和伺服控制器之間實現張力給定和卷徑信息的傳遞。 2 速度控制與轉矩控制 速度控制與轉矩控制是伺服控制器的兩種控制模式。速度控制模式已為大家所熟知，給定的是速度，反饋的也是速度，對速度形成閉環控制，保證速度為設定值，轉矩則隨負載浮動。轉矩控制模式，給定的是轉矩，伺服控制器計算出實際的轉矩，如果實際轉矩低于設定轉矩，就升速，反之，則減速，速度是浮動的。轉矩控制模式非常適合于卷繞驅動。在卷繞驅動中，線速度恒定，轉速隨卷徑的增大而降低，張力是系統的一個給定。轉矩模式正好能滿足這些要求。張力與半徑的乘積就是轉矩，作為轉矩模式的給定，轉矩模式的轉速正好浮動到所要求的線速度，無須線速度控制。如果不用專門的檢測裝置，伺服控制（變頻）器能夠自己計算出卷徑，問題可以進一步簡化。圖1示出了一個速度控制模式卷繞系統的框圖。圖示系統具有卷徑測量環節，根據卷徑算出轉速給定。為了保證電機間同步，還使用了松緊架。顯然，將伺服控制（變頻）器的轉矩控制模式用于卷繞驅動，可以省掉這個松緊架，從而簡化控制系統。 3 具有內部卷徑計算的卷繞驅動 如上所述，如果伺服控制（變頻）器具有卷徑計算功能，那么由外部張力給定就能算出轉矩給定，使用轉矩控制模式將變得很方便。 圖2示出了一個二伺服控制器卷繞系統。伺服控制（變頻）器1將系統的運行線速度傳給伺服控制（變頻）器2，伺服控制（變頻）器2接受外部輸入的張力給定和張力傳感器輸入的張力反饋信息構成張力閉環控制，伺服控制（變頻）器2具有內部卷徑計算功能并工作在轉矩控制模式。伺服控制（變頻）器2驅動異步電機以所要求的張力卷繞并自動將其速度浮動到運行線速度。下面以LENZE-9300系列伺服控制（變頻）器為例，說明卷徑的計算方法。LENZE-9300系列伺服控制（變頻）器內部有五十多種功能塊，能完成諸如加減乘除和一系列的變換功能，也能完成PID閉環調節。設v為線速度；ω為角速度；D為卷徑；k為常數，則根據下式計算卷徑 其中，v為外部輸入的線速度值，ω為伺服控制（變頻）器知道的角速度值，k為由實驗確定的常數。功能塊的使用可以通過對一系列的代碼進行設定完成。圖3示出了一個由功能塊組成的卷徑計算框圖。 4 應用實例 圖4示出了一個濕法氈生產線的卷繞系統原理圖。這里總共使用了三臺LENZE-9300系列伺服控制（變頻）器（9326），驅動三臺帶有旋轉變壓器（R）的變頻專用異步電動機（M）。其中，拖輥伺服控制（變頻）器工作在速度模式，它的速度給定（1/2端）來自生產線PLC的模擬量輸出，輔助速度給定（3/4端）來自于松緊架信號，以此和生產線保持同步；卷軸1和卷軸2伺服控制（變頻）器工作在轉矩模式，具有內部卷徑計算功能，能對通過CAN總線由PLC發送來的張力給定信息和由張力傳感器送來的實際張力信息進行閉環控制。無須對卷軸1和卷軸2實行專門的速度控制，它們能夠自動的將其線速度浮動到需要的數值。卷徑計算所需要的線速度信息由拖輥伺服控制（變頻）器通過專門的速度級聯接口X9-X10送來。卷軸1和卷軸2交替工作，實現連續的卷繞，由LENZE-8215變頻器驅動的換軸電機完成換軸功能（圖中沒有畫出）。CAN總線還將伺服控制（變頻）器計算出的卷徑信息發送到PLC，由PLC據此完成張力給定的計算。卷繞部分對卷軸的要求是內緊外松，這就要求初始張力大，隨著卷徑的變大，張力按照某種規律逐漸變小。該應用系統能完全滿足這些要求，實際運行證明上述卷繞系統運行可靠，卷徑由86毫米到1200毫米卷繞密實整齊，卷繞速度可達80米/分。 5 結論 利用轉矩模式卷繞與利用速度模式卷繞相比，利用轉矩模式要來得簡單，這首先表現在利用轉矩模式卷繞省掉了松緊架同步環節。伺服控制變頻器的內部卷徑計算能力，又省掉了卷徑檢測環節，進一步簡化了系統硬件構成。雖然使用了張力檢測環節，那是為了改善張力控制的精度，并非必不可少。現場總線的使用，使得變頻器和PLC之間的信息交換方便快捷。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集