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张力控制

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KE600变频器在复卷机的技改方案

一、   引言

      在造纸生产过程中,复卷是卷筒纸生产的最后一道工序,用于质量检验的机械设备,它将印刷好的材料重新复卷一遍查找次品,发现次品后人为按下记忆,系统会自动减速停车并调头慢速搜寻到次品处停下人工进行裁剪。复卷机是形成成品纸卷品质优劣的关键部分。


二、复卷机工艺简介

1、复卷机结构

复卷机结构可化为四个大的部分:退纸部,纵切部,复卷部,和卸纸台。

复卷部由前底辊、后底辊、压纸辊组成,前、后底辊分别使用变频器控制,压纸辊使用液压控制系统进行控制。

退纸部也单独配一台电机,由变频器控制,为了精确控制张力,还配有张力传感器或者调节辊。

纵切部由可以气动控制的几把圆刀组成,每把圆刀由一台电机控制,圆刀电机的速度一般要比纸的速度快10%到20%左右。

卸纸台的作用是将纸从两底辊上卸下来,并将纸卷分开,然后使用输送链送到包装部。现代化的卸纸台多采用液压控制,这也是压纸辊也越来越多的采用液压控制的原因:一是方便,可以合用一个液压泵;二是控制精度高。

1.jpg

图1:复卷机结构图



2、复卷机控制要求

成品纸卷的质量指标是:具有足够的硬度,而且内紧外松、径向硬度分布均匀,以保证纸卷在运输、储存过程中不变形、不崩裂,在加工设备上能平稳运行。因此,不同的纸种对复卷出的成品纸卷的质量指标不同,因此它们对复卷机自动控制系统的要求也是不同的。

在复卷过程中,纸幅从退纸卷上引出,绕过导纸辊、舒展辊,通过固定位置的纵切机构,从机台下面送入纸幅使其绕过后底辊,然后卷在卷纸轴上,如图1所示:

(1)退纸辊控制要求

退纸辊主要控制要求是控制张力,运行前有一定的静止张力,并且在生产中还要根据母卷的质量适当提高和降低复卷张力,以减少纸幅断头率。

(2)前、后底辊控制要求

前、后底辊是复卷力的主要产生者。当两底辊有转矩差时,就产生了复卷力,要求随着纸卷直径增大而逐渐减小。复卷力的大小决定了纸卷紧度的大小,提高复卷力可以增加纸卷的紧度。在加速过程中,需要提高复卷力来补偿因加速引起的纸页松弛。在减速过程中,需要减小复卷力来减小因制动而引起的纸页增紧的影响。

在生产中,一般情况下,复卷力是根据预先设置好的复卷力曲线自动控制的,操作人员无需更改,张紧纸卷的预定效果就能达到。

(3)压纸辊控制要求

压纸辊的作用是保持纸卷在复卷过程中对底辊的正压力恒定,保证复卷力的精度。在复卷的开始阶段,它给纸卷一个很大的压力,随着纸卷直径变大,它施与纸卷的压力逐渐变小,当卷径达到一定值时,压纸辊所提供的载荷为零,此时,它仅作为维持纸卷位置的设备存在。压纸辊装有一个位置测量装置,可提供压纸辊位置和纸卷直径,随着纸卷直径的增加,压纸辊压力会沿着设定的程序曲线发生变化。压纸辊的压力控制程序必须根据纸张质量和最终直径进行选择。和底辊的控制一样,压纸辊压力是根据预先设置好的压力曲线自动控制的,操作人员无需更改。


三、采用变频器控制方案

1、变频器选型

根据现场复卷机的前底辊、前底辊、退纸辊配置电机参数,推荐的变频器型号如下表。

名称

电机额定功率

变频器

型号

额定

功率

额定电压

额定输出电流

数量

备注

前底辊

45kW

KE600-110G-T4

110KW

3AC 380V

210A

1台

配置制动单元及刹车电阻

前底辊

45kW

退纸辊

55kW

KE600-055G-T4

55KW

3AC 380V

110A

1台

2、控制方式

2.jpg

(1)、底辊控制方

       现场复卷机的前底辊、后底辊由两台电机组成,控制收卷,采用一台变频器做同步控制,工作过程中后前底辊、后底辊始终为恒速度控制。为了提高控制精度,在其中一台电机上加装编码器,做闭环矢量控制。PLC系统给出速度控制信号、起停信号(跟退纸辊变频器同步)、正反转点动信号给变频器进行控制,对于速度控制信号必须根据纸卷直径逐渐变大,给出信号逐渐变小,即是前底辊、后底辊的转速必须随着卷直径逐渐变大,而逐渐减速运行,底辊转速控制的原理和压纸辊压力控制原理是一样的。由于需要快速停车,因此,需要增加制动单元及刹车电阻(所有电阻并联)。详情见上图。

       (2)、退纸辊控制方案

       现场复卷机的退纸辊由一台电机组成,控制放卷,采用一台变频器做恒速度(张力)控制。为了提高控制精度,在电机上加装编码器,做闭环矢量控制。PLC系统给起停信号(跟底辊变频器同步)、正反转点动信号等给变频器进行控制。退纸辊的恒速度(张力)控制,是通过采用现场张力辊的张力变化,反馈给变频器的PID控制系统,即是变频器模拟输入AI1接张力辊反馈信号(4~20mA),将期望张力稳定值设定为PID给定值。 变频器运行过程中始终将反馈信号与给定值做比较,PID控制器根据其差值自动运算,

       再与底辊变频器的当前同步速度(模拟量AI2输入)进行叠加, 改变变频器的输出频率以调节退纸辊电机的转速,保证张力辊的稳定,从而达到恒张力的控制。由于需要快速停车,因此,需要增加制动单元及刹车电阻(所有电阻并联)。详情见上图。

       (3)、压纸辊控制方案

压纸辊采用压力曲线控制,从压力曲线中读取该纸卷直径对应的压力输出,通过电液比例放大器控制液压系统阀门,使压纸辊对纸卷的压力跟随压力曲线变化。

通过编码器测出纸卷转一周时,其纸卷直径增大多少,PLC系统通过以下的公式,计算压纸辊压力曲线得出应给的压力值。

3、其他说明

       (1)、KE600变频器只支持两种PG卡,详情见KE600说明书第154页。

名称

输入类型

电源

是否支持分频输出

OC PG卡

开路集电极信号

+15V

差分PG卡

差分信号

+5V

(2)、确保编码器安装与电机同轴,编码器应采用屏蔽线,屏蔽线在电机侧单端接地。PG卡的接线形式应与编码器的输出方式对应。

(3)、二台变频器均工作于矢量控制模式,必须输入正确的电机品牌参数进行自学习。


四、参数设置

1、自学习

由于需要采用有PG矢量控制,变频器控制性能的优劣基于电机模型的精确程度, 因此在初次运行电机前,需要对电机参数进行自学习:请尽量让电机和负载完全脱开(空载运行),这样自学习后,在有PG矢量控制性能更好。

(1)、将功能参数P0-02=0(键盘操作)、P0-01=2(有PG矢量控制),其他参数请按出厂参数。

(2)、将功能参数PP-02=01,调出UO参数组,旋转电机,监视U0-14(负载速度显示)是否有数值变化,否则,PG卡接线错误。

(3)、然后请按电机铭牌参数输入下面的参数:

P1-00= XX      电机类型选择                P1-01=XXX    电机额定功率

P1-02= XXX     电机额定电压               P1-03=XXX    电机额定电流

P1-04= XXX     电机额定频率               P1-05=XXXX   电机额定转速

P1-28= XXX     编码器线数                  P1-30= 0   ABZ增量编码器相序

(4)、如果电机和负载完全脱开,则将功能参数P1-11设置为2(电机参数全面自学习)。如果电机和负载不能脱开,则将功能参数P1-11设置为1(电机参数静止自学习)。然后按键盘面板上RUN键,变频器会自动算出电机的下列参数:

P1-06:电机定子电阻      

P1-07:电机转子电阻                  

如采用“电机参数全面自学习”,则自动算:  

P1-08:电机漏感抗              

P1-09:电机互感抗        

P1-10:电机空载电流

当变频器P1-11设置为“2”或“1”确定后,键盘面板显示“FUNE”表示进入自学习状态了,然后按键盘面板上RUN键,键盘面板上“RUN”指示灯亮,表示在自学习中(P1-11设置为“2”时电机会转动),当键盘面板上“RUN”指示灯灭了,键盘面板显示“50.00”时,表示自学习已完成。

如在自学习中,报出“E-20”故障,则将P1-30设置为 1,再自学习一次。


2、设置功能参数

用户在使用时,无需做过多的复杂设置,仅需要根据实际使用现场做简单的参数修改即可。具体的参数设置如下表:

(1)底辊变频器参数设置

功能码

设定值

功能

P0-01

2

控制模式:有PG矢量控制

P0-02

1

端子命令通道

P0-03

1

模拟量AI1设定

P0-17

50

加速时间(加速需要快时,则减小该参数,过小容易报故障保护)。

P0-18

50

减速时间(减速需要快时,则减小该参数,过小容易报故障保护)。

P4-00

1

D1端子功能:正转运行

P4-02

4

D3端子功能:正转点动

P4-03

5

D4端子功能:反转点动

P4-13

XXX

AI1模拟量通道最小输入;当PLC给定0转时,如变频器显示频率不为0时,则加大该参数. 如是4-20 mA  ,则设置2V,对应4mA。注意:将控制板上J1跳线跳到电流档上。

P4-15

XXX

AI1模拟量通道最大输入;当实际转速达不到设定转速时,则减小该参数,反之,放大该参数.

P5-07

0

AO1模拟量输出功能选择

(2)、退纸辊变频器参数设置

功能码

设定值

功能

P0-01

2

控制模式:有PG矢量控制

P0-02

1

端子命令通道

P0-03

8

PID控制设定

P0-04

3

模拟量AI2设定

P0-07

01

A+B主辅运算结果

P0-10

70

最大输出频率(收卷机运行50HZ时,放卷机在空盘时需要运行频率)

P0-12

70

上限频率

P0-17

1

加速时间1

P0-18

1

减速时间1

P4-00

1

D1端子功能:正转运行

P4-02

4

D3端子功能:正转点动

P4-03

5

D4端子功能:反转点动

P4-13

XXXX

AI1模拟量最小输入,

P4-15

XXXX

AI1模拟量最大输入,

P4-17

0.01

AI1滤波时间

P4-18

XXXX

AI2模拟量最小输入

P4-22

0.01

AI2滤波时间

P8-13

0

反转控制使能

P9-05

4

过流失速增益

PA-01

XXXX

PID键盘给定

PA-05

5

比例增益Kp1