n="V/(πD) (1)
式(1)中: V為線速度; D為需要檢測(cè)卷布輥的直徑; n為卷布輥轉(zhuǎn)速。
高性能的有速度傳感器矢量控制變頻器的性能已經(jīng)可以算做是交流伺服控制，它有速度運(yùn)行模式和轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式兩種工作方式。當(dāng)工作在轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式時(shí)，能根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定運(yùn)行，而轉(zhuǎn)速浮動(dòng)。多數(shù)情況下，要求加工過程中保持張力恒定。但是，有的應(yīng)用要求卷繞過程中內(nèi)緊外松，既要求實(shí)現(xiàn)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(guān)，恒線速度則要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速與卷徑成反比。對(duì)張力的控制可以采用開環(huán)的方法，也可以采用閉環(huán)的方法。有些電動(dòng)機(jī)(如力矩電機(jī)等)本身具有軟機(jī)械特性，用它們來驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)，可以獲得近似恒張力運(yùn)行;卷徑的變化可以看著是一種擾動(dòng)，用擾動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)張力的閉環(huán)調(diào)節(jié)，也稱直接法張力控制。印染聯(lián)合機(jī)中常用的松緊架也可以看作是一種張力檢測(cè)環(huán)節(jié)。只是這種裝置體積大、精度差，沒有張力顯示，使用不便。卷徑在卷繞系統(tǒng)中是一個(gè)必不可少的參數(shù)，一般需要用某種檢測(cè)裝置來獲取。卷繞張力是卷徑的函數(shù)，需要通過計(jì)算來獲得。
1 速度控制與轉(zhuǎn)矩控制
速度控制與轉(zhuǎn)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(duì)速度形成閉環(huán)控制，保證速度為設(shè)定值，轉(zhuǎn)矩則隨負(fù)載而定。轉(zhuǎn)矩控制模式，給定的是轉(zhuǎn)矩，伺服控制變頻器計(jì)算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩，如果實(shí)際轉(zhuǎn)矩低于設(shè)定轉(zhuǎn)矩，則升速，反之，則減速，速度是浮動(dòng)的。轉(zhuǎn)矩控制模式非常適合于卷繞驅(qū)動(dòng)。在卷繞驅(qū)動(dòng)中，給定的是張力, 線速度恒定, 轉(zhuǎn)速隨卷徑的增大而降低，轉(zhuǎn)矩模式正好能滿足這個(gè)要求。張力與半徑的乘積就是轉(zhuǎn)矩，作為轉(zhuǎn)矩模式的給定，其轉(zhuǎn)速正好浮動(dòng)到所要求的線速度，無須線速度控制。如果不用專門的檢測(cè)裝置，變頻器能夠自己計(jì)算出卷徑，問題可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。顯然，將伺服控制變頻器的轉(zhuǎn)矩控制模式用于卷繞驅(qū)動(dòng)可以大大簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。
2 具有內(nèi)部卷徑計(jì)算的伺服控制變頻器卷繞驅(qū)動(dòng)
如上所述，如果伺服控制變頻器具有卷徑計(jì)算功能，那么由外部張力給定就能算出轉(zhuǎn)矩給定，使用轉(zhuǎn)矩控制模式將變得很方便。伺服控制變頻器1將系統(tǒng)的運(yùn)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(gòu)成張力閉環(huán)控制，伺服控制變頻器2具有內(nèi)部卷徑計(jì)算功能并工作在轉(zhuǎn)矩控制模式。伺服控制變頻器2驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)以所要求的張力卷繞并自動(dòng)將其速度浮動(dòng)到運(yùn)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(jì)算方法。LENZE-9300系列伺服控制變頻器內(nèi)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(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)式(2)可計(jì)算出卷徑。
D="k×v/ω="k×∫vdt/∫ωdt (2)
式(2)中: v為外部輸入的線速度值; ω為變頻器知道的角速度值; k為由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。功能塊的使用可以通過對(duì)一系列的代碼進(jìn)行設(shè)定完成。圖4示出了一個(gè)由功能塊組成的卷徑計(jì)算框圖。
3 應(yīng)用實(shí)例
這里總共使用了三臺(tái)LENZE-9300系列伺服控制變頻器，驅(qū)動(dòng)三臺(tái)帶有旋轉(zhuǎn)變壓器的變頻專用異步電動(dòng)機(jī)。其中，拖輥伺服控制變頻器工作在速度模式，它的主速度給定(1/2端)來自PLC的模擬量輸出，輔助速度給定(3/4端)來自于松緊架信號(hào)，以此和前部保持同步;卷軸1和卷軸2伺服控制變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式，具有內(nèi)部卷徑計(jì)算功能，能對(duì)通過CAN總線由PLC發(fā)送來的張力給定信息和由張力傳感器送來的實(shí)際張力信息進(jìn)行閉環(huán)控制。無須對(duì)卷軸1和卷軸2實(shí)行專門的速度控制，它們能夠自動(dòng)的將其線速度浮動(dòng)到需要的數(shù)值。卷軸1和卷軸2交替工作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的卷繞，由LENZE-8215變頻器(圖中沒有畫出)驅(qū)動(dòng)的換軸電機(jī)完成換軸功能。CAN總線還將伺服控制變頻器計(jì)算出的卷徑信息發(fā)送到PLC，由PLC據(jù)此完成張力給定的計(jì)算。卷繞部分對(duì)卷軸的要求是內(nèi)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(guī)律逐漸變小。
現(xiàn)在的紡織印染設(shè)備使用了大量的高新技術(shù), 變頻器、工控機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線、各種傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等在紡織印染設(shè)備上已經(jīng)普遍使用, 紡織機(jī)械在向數(shù)字化方向發(fā)展。雖然行業(yè)是勞動(dòng)力密集型的, 但設(shè)備是技術(shù)密集型的。這種變化還在繼續(xù)中, 總有一天, 會(huì)甩掉勞動(dòng)力密集型的行業(yè)帽子。
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