1 引言

    在金屬加工生產所選用的控制系統中，直流控制系統憑借其轉矩特性硬、調速范圍廣等優勢，占領了絕大部分市場，但直流控制系統也存在以下一些弱點:一次性投入大，設備維護的工作量多，對維護人員的素質要求高等等。很多小型企業常因自身技術力量不足或備件供應等原因而影響了生產的正常運行。

    由匯川高性能矢量控制變頻器加普通異步電機組成的傳動系統，除了具備直流控制系統的優點外，還降低了設備的初期投資成本，降低了工廠的電能損耗，使設備變得操作簡單，維護方便，從而為客戶創造了價值，進而獲得了該領域內越來越大的發展空間。

    2 鍍鋅生產工藝

    通常由鋼鐵廠生產出來的熱軋鋼板銷售到鍍鋅板廠后要經過下面幾道工序處理:酸洗、冷軋、退火、鍍鋅。鍍鋅生產線的工藝流程如圖1所示。

    一般來說從“表面處理”到“收卷”的過程中，生產工藝對控制系統有以下基本要求:

    （1） 系統的同步性要求較高，否則會出現拉斷板材的現象;
    （2） 系統的響應特性要快;
    （3） 材料表面的張力大小可由控制系統來進行調節。
    以往是通過直流控制系統來滿足生產工藝的這些要求的。

    3 變頻器應用在鍍鋅生產線上的控制方案

    從“表面處理”到“收卷”的工藝過程如圖2所示。

    圖2中“牽引1”、“牽引2”、“牽引3”、“收卷”都采用變頻器加普通異步電機來控制，下面簡要介紹變頻控制方案的實現過程:

    牽引變頻器1、牽引變頻器3工作在開環矢量控制狀態下，決定整個生產線的運行速度，兩個傳動點的速度通過一個主動，一個從動來保證兩點線速度基本一致，依靠活套的“存儲”功能來平衡同步的要求。

    牽引變頻器2工作在轉矩控制模式下，獨立運行，模擬電位器信號作為轉矩控制信號，保證牽引1和牽引2之間的張力根據用戶的要求，可隨意設定。
收卷部分采用帶卷徑計算功能的MD330變頻器來進行轉矩控制，保證牽引3和收卷之間的張力控制要求。

    牽引變頻器1和牽引變頻器3采用開環矢量的控制方式，牽引變頻器2、收卷變頻器采用帶編碼器閉環反饋的閉環矢量控制方式。

    變頻器控制原理框圖如圖3所示。

    4 “牽引變頻器2”轉矩控制調試方法

    （1） 在電機上不帶負載的情況下相關參數的設置
    在電機上不帶負載的情況下，正確輸入電機相關參數，進行調諧操作，相關參數設置如表1所示。

    表1 在電機上不帶負載的情況下相關參數的設置
    序號 參數類型 數值 說明
    1 F1——01 實際值 輸入——電機額定功率
    2 F1——02 實際值 輸入——電機額定電壓
    3 F1——03 實際值 輸入——電機額定電流
    4 F1——04 實際值 輸入——電機額定頻率
    5 F1——05 實際值 輸入——電機額定轉速
    6 F1——11 2 將該參數設為2后，按下RUN
    運行鍵，進行電機完整調諧

    調諧完畢后，按下RUN運行鍵，通過操作面板查看電機工作電流，檢查變頻器開環矢量控制運行是否正常（變頻器出廠設置為變頻器開環矢量控制運行）;
    （2） 正確接好編碼器的連線

    將F0-02設置為1，正確輸入編碼器脈沖數（由F2-11設定），按下RUN運行鍵，檢查變頻器閉環矢量運行是否正常。通過操作面板查看電機在高速和低速情況下的工作電流，如工作電流超過額定電流，或電機運行不起來，則檢查編碼器的接線是否正確，A相和B相的信號線是否接反，編碼器與電機轉軸是否同心，相關參數設置如表2所示。
    （3） 閉環矢量運行正常后的其它功能參數設置

    閉環矢量運行正常后，再設置其它功能參數，如表3所示。

    表3 其它功能參數設置
    序號 參數類型 數值 說明
    10 F0——02 1 端子控制有效
    11 F0-17 8 設置加速時間（根據實際情況設定）
    12 F0-18 8 設置減速時間（根據實際情況設定）
    13 F2-08 1 轉矩控制有效
    14 F2-09 1 轉矩上限源AI1
    15 F4-00 1 DI1設為正轉指令
    16 F4-01 4 DI2設為點動信號
    17 F4-02 9 DI3設為故障復位
    18 F7-02 2 STOP鍵復位功能有效

    5 收卷變頻器恒張力控制調試方法

    根據上述方法完成變頻器閉環矢量的調試工作后，再進行張力調試，張力控制參數設置如表4所示。

    表4 張力控制參數設置
    序號 參數類型 數值 說明
    1 FH-00 1 開環轉矩控制模式
    2 FH-01 0 收卷控制
    3 FH-03 計算值 機械傳動比
    4 FH-04 2 AI2為張力給定電位器信號
    5 FH-06 計算值 最大張力
    6 FH-07 10% 零速張力提升，根據實際情況設置。
    7 FH-09 20% 張力錐度
    FH-10 0 通過線速度計算卷徑
    8 FH-11 實際值 最大卷徑
    9 FH-12 實際值 卷軸直徑
    10 FH-13 0 初始卷徑源由FH-12～FH-15設定
    11 FH-27 1 線速度輸入信號選擇AI1，由前一
級變頻器的AO輸出;
    12 FH-28 計算值 最大線速度
    13 FH-33 1000 機械慣量補償系數
    14 FH-34 7800 材料密度
    15 FH-35 1000 材料寬度
    16 FH-36 8% 機械摩擦系數補償

    6 調試說明

    （1） 轉矩控制模式是指變頻器控制的是電機的轉矩，而不是頻率，輸出頻率是跟隨牽引電動機的速度而自動變化。

    （2） 根據公式F=T/R（其中F為材料張力，T為收卷軸的扭矩，R為收卷的半徑），可看出，如果能根據卷徑的變化調整收卷軸的轉矩，就可以控制材料上的張力，這就是開環轉矩模式控制張力的依據。

    （3） MD系列變頻器在閉環矢量控制（有速度傳感器矢量控制）下可以準確地控制電機輸出轉矩，使用這種控制模式，必須加裝編碼器（變頻器要配PG卡）。

    （4） 在實際使用中張力的設定值應與所用材料、卷曲成型的要求等實際情況相對應，需由使用者設定。張力錐度可以控制張力隨卷徑增加而遞減，用于改善收卷成型的效果。

    （5） 電機的輸出轉矩在加減速時，有一部分要用來克服收卷輥的轉動慣量，變頻器中關于慣量補償部分可以通過適當的參數設置自動地根據加減速速率進行轉矩補償，使系統在加減速過程中仍獲得穩定的張力。摩擦補償可以克服系統阻力對張力產生的影響。

    （6） 牽引1電機和牽引3電機長期工作在發電狀態，牽引1變頻器和牽引3變頻器必須加裝制動單元和制動電阻來消耗由電機回饋回來的能量，否則變頻器直流母線上的電壓會超過變頻器限定的電壓范圍而報警停機。

    7 結束語

    采用變頻控制方案代替傳統的直流驅動控制方案，使控制系統操作簡單，調試非常方便、快捷，控制性能完全能夠滿足工藝要求，降低了用戶的投資成本，減少了設備的維護量，降低了電能損耗，深受用戶的好評。