淺談住友張力控制系統(tǒng)在涂布機(jī)上的應(yīng)用

潘金根　夏溪

隨著太陽能背板、精密涂布行業(yè)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的設(shè)備制造業(yè)也得到了迅速發(fā)展。但是，行業(yè)的發(fā)展需要高科技的支撐，國(guó)內(nèi)普通的變頻技術(shù)已經(jīng)不能滿足高精度涂布的張力控制需要，伺服電機(jī)價(jià)格又太昂貴。為此，陜西北人印機(jī)公司引進(jìn)了日本住友張力控制系統(tǒng)，用變頻電機(jī)和住友驅(qū)動(dòng)器作位置控制，從而在保證成本的同時(shí)，提高了張力控制精度，大大提高了國(guó)產(chǎn)初機(jī)器與進(jìn)口機(jī)器的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 傳統(tǒng)張力控制系統(tǒng)框圖（見圖1）

TP：張力傳感器或者擺輥，檢測(cè)張力用

IMP：電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥處的壓輥，隔斷張力用

TEN，SET：張力設(shè)定，一般在人機(jī)界面中設(shè)定

LS：電機(jī)的主速度給定

INV：變頻器

M：變頻電機(jī)

PLC：可編程控制器，計(jì)算電機(jī)速度

2 原理

傳統(tǒng)的張力控制系統(tǒng)主要的控制部分在PLC中實(shí)現(xiàn)：通過觸摸屏設(shè)定需要的張力值，TP反饋實(shí)際的張力，在PLC中，比較兩個(gè)張力的差值，再進(jìn)行PlD運(yùn)算，計(jì)算出一個(gè)速度調(diào)整量，與電機(jī)的主速度LS進(jìn)行疊加，輸出一個(gè)最終的速度給變頻器，并通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到控制張力的目的。

1 住友張力控制系統(tǒng)框圖（見圖2）

TP：張力傳感器或者擺輥，檢測(cè)張力用

IMP：電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥處的壓輥，隔斷張力用

TEN，SET：張力設(shè)定，一般在人機(jī)界面中設(shè)定

LS：電機(jī)的主速度給定

PAU：住友專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

M：變頻電機(jī)

MC550：住友控制器，每個(gè)控制器最多可帶8個(gè)驅(qū)動(dòng)器，并且有PLC的功能。

2 原理

該系統(tǒng)由4部分組成，張力給定、張力檢測(cè)（反饋）、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行器（電機(jī)）。

在該控制系統(tǒng)中，首先整機(jī)各驅(qū)動(dòng)部件都按照同一線速度給定信號(hào)LS進(jìn)行同步控制，在人機(jī)界面中設(shè)定需要的張力值TEN，SET，通過TP檢測(cè)，反饋實(shí)際的張力，在MC550中與設(shè)定張力值進(jìn)行比較計(jì)算后，得到一個(gè)張力調(diào)整量，張力調(diào)整量與主速度信號(hào)LS進(jìn)行疊加，形成總控制量，輸出到PAU，并實(shí)現(xiàn)控制矢量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到速度穩(wěn)定，張力穩(wěn)定的目的。該控制系統(tǒng)檢測(cè)單元為張力傳感器或者擺輥，能準(zhǔn)確地反映出實(shí)際張力的大小，以矢量電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，具有響應(yīng)迅速、適應(yīng)范圍廣、控制精度高等特點(diǎn)。

1 加減速的處理

我們知道所有的物體均有慣性，當(dāng)要改變相應(yīng)物體的物理狀態(tài)時(shí)，就必須施加外力，使物體從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)。在張力控制時(shí)，當(dāng)速度產(chǎn)生了變化，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)來克服傳動(dòng)，執(zhí)行元件的慣性，并拉動(dòng)材料來克服各個(gè)導(dǎo)向輥的慣性，使系統(tǒng)張力變得不穩(wěn)定，所以住友控制系統(tǒng)在加減速時(shí)作了S曲線加減速的處理。

V₀：目標(biāo)線速度

t₀：一般加速時(shí)到達(dá)目標(biāo)速度的時(shí)間

b₀：S曲線加速時(shí)到達(dá)目標(biāo)速度的時(shí)間

t₁：開始減速時(shí)間

t₂：一般減速時(shí)到達(dá)零速時(shí)的時(shí)間

t₂：S曲線減速時(shí)到達(dá)零速時(shí)的時(shí)間

從上面的曲線圖能看出來，系統(tǒng)在開始加速或開始減速時(shí)，作了一個(gè)S曲線處理，使系統(tǒng)從穩(wěn)態(tài)到動(dòng)態(tài)變化時(shí)，先緩慢變化，再勻加速變化減少突然變化給系統(tǒng)帶來的沖擊，同時(shí)也減少系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)張力的影響；加速完成和減速完成時(shí)具有同樣的功能。

2 信號(hào)的精度及抗干擾的處理

張力控制系統(tǒng)是一個(gè)多軸聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)，內(nèi)部包含有很強(qiáng)的干擾源，對(duì)檢測(cè)信號(hào)的抗干擾處理是必要的也是必須的。

檢測(cè)信號(hào)的精度直接影響著控制精度，試想張力的波動(dòng)不能實(shí)時(shí)可靠地反映出來，再好的控制系統(tǒng)也無能為力，只有實(shí)時(shí)、可靠的檢測(cè)信號(hào)才能保證控制的高精度。

住友對(duì)檢測(cè)信號(hào)的抗干擾措施：從機(jī)身到電氣柜的信號(hào)盡可能采用電流型，有效減少在信號(hào)傳遞過程中的信號(hào)衰減。信號(hào)進(jìn)MC550之前，都需要經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換器，有效進(jìn)行信號(hào)隔離，減少信號(hào)干擾。同時(shí)要求高低壓、交直流分隔走線及布線，所有信號(hào)線均采用屏蔽線；在軟件上，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波，消除錯(cuò)誤的檢測(cè)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。

3 住友控制器位置控制的應(yīng)用

由于涂布機(jī)的材料一般比較厚，為保證裁切的可靠性，所以在收料部采用的是零速接料，這就需要在收料牽引前面加上一個(gè)儲(chǔ)料架。在儲(chǔ)料過程中，根據(jù)儲(chǔ)料架電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨時(shí)記憶儲(chǔ)料架上升的位置，根據(jù)主機(jī)速度，在不同的位置，儲(chǔ)料架的加速度不同。

4 回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)多段速的應(yīng)用

回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)的過程對(duì)張力的影響也是很大的，尤其是回轉(zhuǎn)架啟動(dòng)和停止的一瞬間，是一個(gè)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，這個(gè)和整機(jī)加減速有著同樣的特性，此時(shí)要求回轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)動(dòng)采用變頻器的多段速指令，進(jìn)行高低速的切換，并且延長(zhǎng)變頻器的加減速時(shí)間，最大程度地減少回轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)張力穩(wěn)定性的影響。

5 壓輥離合壓時(shí)單獨(dú)PID的應(yīng)用

壓輥離合壓時(shí)，由于料長(zhǎng)發(fā)生了變化，此時(shí)的張力平衡被打破，而要建立新的穩(wěn)定的張力，就需要一個(gè)可靠的PlD來實(shí)現(xiàn)，如果離合壓和穩(wěn)態(tài)時(shí)共用一套PlD，將會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)建立張力的時(shí)間，為此，住友系統(tǒng)在離合壓時(shí)，選擇單獨(dú)PlD控制，大大縮短了系統(tǒng)建立張力的時(shí)間。

以上的方法是筆者在住友系統(tǒng)調(diào)試中總結(jié)出來的，通過以上措施的實(shí)施，有效地控制了張力的穩(wěn)定性，大大減小了張力波動(dòng)，保證了涂布的精度，明顯地改善了整合設(shè)備的張力狀況，升降速廢品率，接換料廢品率大大減小。