发布日期：2021/10/11

 1  前言

所有卷绕机都存在一个共同现象，即卷绕物在收卷过程中卷筒越卷越大，卷筒直径也随之增大，由线速度和转速的关系（线速度L=转速n*∏*D）可知如转速n不变，随着直径D的增大，线速度L不断加快，因此会造成卷绕物拉断等不愿见到的结果，为满足设备控制工艺要求，达到恒线速度控制目的，我们引入变频器控制来实现。那么，通过变频器如何来实现呢？常见的控制原理是通过放置编码器实时检测线速度信号，当卷筒直径增大导致线速度随之增大，旋转编码器检测输出给变频器的脉冲增多，通过与设定脉冲数比较，控制变频器输出频率降低，从而降低电机转速，达到恒线速度控制的目的。

本文以台达VE系列变频器为例，来介绍通过变频器，是如何实现恒线速度功能的。

2  VE系列变频器实现恒线速度功能原理

台达VE系列变频器内含恒线速度功能的典型应用模块，使用时，大家只需要调用此模块，按照模块框图设定好对应的参数即可。图1为典型应用的系统硬件框图。

图1 典型应用的系统硬件框图

从框图上我们可以看到，VE系列变频器所支持的恒线速度功能，是通过编码器来检测材料上的实时线速度，从而实现线速度死循环，满足线速度恒定的要求。线速度的目标值，一般是通过电位器或者通讯的方式，在变频器上设定。以上方法是最常使用的方法，也是最基本的方法。

与其他品牌变频器不同之处在于，台达VE系列变频器的恒线速度模式，在常用方法的基础上，引入了材料卷径的因素，通过优良的算法，实时计算材料卷径，使在运行过程中变频器能够更加清楚运行状态，调节更容易稳定，参数设定也更加容易。

图2 系统框图

对应系统框图，我们来看看参数的设定步骤。

步骤一：调用恒线速度的模块，将参数08-21设定为2。

步骤二：设定线速度命令来源08-25和08-26。

设定线速度回授来源08-27和08-37。

在恒线速度模式下，目前08-27和08-37只支持脉冲输入，即08-27=1，08-37=3。

由于需要将编码器信号转化为线速度信号，所以我们还需要设定08-40。

设定最高线速度08-38和最低线速度08-39。

步骤三：设定机械相关参数。

机械齿轮比08-23和08-24

卷径的情况，如最大卷径08-43，最小卷径08-44以及当前卷径08-54

步骤四：设定PID的相关参数

通过以上设定，我们就完成了对恒线速度功能参数的设定。

在某些场合，可能无法安装材料实际线速度的检测机构，或者说由于打滑等原因，容易出现飞车等危险的情况。为了满足这种情况，我们也可以采用开环的方式，即没有实时的线速度回馈信号，来完成恒线速度的工作模式。由于台达VE系列变频器内建有卷径计算功能模块，在实际运行过程中，当实际卷径发生变化时，我们只要能够准确判断出现有卷径，就可以调整输出频率，从而达到线速度恒定的目的，这样我们就可以通过开环的方式来实现恒线速度的运行。

目前VE内建的卷径计算功能模块如下：

我们能够采用的是第一、第二、第三种模式。第二种模式，我们只需要采用一个带编码器的电机即可实现，安装简单方便；第一种模式，我们就需要在收卷辊上安装一个接近开关，主要作用是计算收卷辊旋转了多少圈；第三种模式，就需要借助专门的检测装置了，价格相对较高。这里需要特别提出的是：使用第一/第二种方式来计算卷径，有一定的局限性，即需要设定材料厚度，材料厚度不均匀的话，做出来的效果就不会太好；而且对于线材来说，除非每排排列的很整齐，否则也不太适合使用。此种模式比较适合用于材料厚度均匀的片材。

为了达到这种工作模式，我们需要借助于张力死循环速度模式。下面我们来看看是如何实现的。

张力死循环速度模式的典型应用系统框图如图3。

图3 张力死循环速度模式系统框图

与我们提到的开环恒线速度相比，以上部分多了PID的部分，所以我们只需要将PID的功能关闭即可。下面我们来看看参数的设定步骤。

步骤一：调用恒线速度的模块，将参数08-21设定为1。

步骤二：设定线速度命令来源08-37。

一般来说，使用模拟量的场合较多，即选项1。

设定最高线速度08-38和最低线速度08-39

步骤三：设定机械相关参数。

机械齿轮比08-23和08-24。

卷径的情况，如最大卷径08-43，最小卷径08-44以及当前卷径08-54。

对于卷径计算，我们介绍一下刚才提到的三种方法需要设定的参数。

当08-42=1时，我们需要08-49，08-50，08-51；

当08-42=2时，我们需要08-50，08-51，10-00，10-01；

当08-42=3时，我们只需要将对应的仿真量端子功能定义为13即可。

步骤四：设定PID的相关参数。

由于此模式没有线速度的回馈，所以关闭PID功能即可，也就是将08-29=0，08-30=0。

3  结束语

以上谈到的两种模式经过分切机的测试，完全能够达到恒线速度的要求：使用第一种恒线速度模式，随着实际卷径的变化，线速度能够保持与设定值一致，且基本无误差；使用第二种方式（开环恒线速度模式），实际线速度与设定值的误差量也很小。客户对第一种方式表示非常满意，在要求不高的场合，对第二种方式也可以接受。

作者简介：

王浩，男，1978年出生，毕业于武汉科技大学自动化专业，目前任职于中达电通变频器产品开发处，负责台达变频器新产品的测试、推广和培训工作，经验丰富，知识全面。