臺(tái)達(dá)VE變頻器在燙金機(jī)收卷上的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2024-05-31 點(diǎn)擊：72
1 引言
燙金紙是一種裝潢專用紙張，主要用于煙酒糖果等快速消費(fèi)品的美化包裝。
燙金紙生產(chǎn)屬于非油墨特種印刷工藝。燙金是指在一定的溫度和壓力下將電化鋁箔燙印到承印物（基紙）表面的工藝過(guò)程，是印后整飾工藝環(huán)節(jié)。燙金工藝提高印刷品的附加值和科技含量，對(duì)印刷品起著獨(dú)特的裝飾作用，深受終端商品美化包裝行業(yè)歡迎。
2 工藝描述
燙金加工工藝流程由基質(zhì)紙卷和電化鋁箔卷放卷系統(tǒng)和燙金紙收卷系統(tǒng)同步驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)基紙經(jīng)過(guò)燙過(guò)金后，要以一定的張力卷繞成一卷，方便后道工序使用。因此燙金工藝流程是典型的恒張力控制體系，燙金紙工藝裝備如圖1所示。
圖1 燙金紙工藝裝備
由于基紙的脆性特性，要求燙金紙收卷張力控制要求非常穩(wěn)定，否則，紙很容易被拉斷。傳統(tǒng)的燙金紙紙收卷普遍使用張力控制器集成磁粉離合器，磁粉離合器是根據(jù)電磁原理利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩。磁粉在長(zhǎng)期使用后會(huì)發(fā)生氧化而產(chǎn)生磨耗，導(dǎo)致扭矩變小，所以要經(jīng)常更換，使用成本較高，并且需要頻繁維護(hù)。
隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，用變頻器加普通電機(jī)控制電機(jī)做收卷的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。應(yīng)用變頻器做收卷，可以做到設(shè)備免維護(hù)，提高收卷的速度與精度，可有效降低客戶的使用成本。
3 ve變頻器恒張力系統(tǒng)
基于臺(tái)達(dá)ve系列矢量變頻器的燙金紙恒張力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)由放卷變頻器和收卷變頻器兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。牽引變頻器的模擬量輸出作為收卷變頻器（ve）的線速度（aci/avi2）給定，張力傳感器信號(hào)經(jīng)放大器后轉(zhuǎn)變成0-10v信號(hào)進(jìn)入收卷變頻器的avi，作為反饋，張力設(shè)定由外部電位器調(diào)整（aui）。另外，收卷變頻器的mi5多功能輸入端子定義為卷徑復(fù)位功能，收卷變頻器的運(yùn)行信號(hào)接到上位的牽引變頻器的運(yùn)行輸出端子。
圖2 臺(tái)達(dá)矢量變頻恒張力系統(tǒng)
張力是系統(tǒng)重要的控制變量。張力變量的獲得既可以采用浮動(dòng)輥（dancer），也可以采用張力傳感器（load cell）。張力傳感器比浮動(dòng)輥?lái)憫?yīng)快，且允許調(diào)整的量很小，故要求電機(jī)速度反應(yīng)很快，因此我們?cè)陔姍C(jī)上加裝了1000線ab相編碼器，使電機(jī)本身做foc（矢量）+pg（編碼器）控制，提高電機(jī)的響應(yīng)速度和控制精度。使用foc+pg的控制模式還有1個(gè)好處就是，當(dāng)收卷軸直徑不斷變大時(shí)，線速度是固定的，因此收卷軸的轉(zhuǎn)速越來(lái)越低，傳統(tǒng)的vf控制在低速下，速度控制的不是很穩(wěn)，會(huì)導(dǎo)致大卷徑時(shí)張力波動(dòng)，臺(tái)達(dá)ve變頻器用foc+pg控制可以實(shí)現(xiàn)零伺服的功能，電機(jī)在滿負(fù)載的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速也控制的十分穩(wěn)定。 [next]
4 ve變頻器恒張力系統(tǒng)調(diào)試
4.1．準(zhǔn)備工作
接好電源電機(jī)線，讓電機(jī)空載，并設(shè)好以下參數(shù)：
00-10=0， 控制方式為v/f
01-00= 100hz最大操作頻率
01-01=50hz 電機(jī)額定頻率
01-02=380v 電機(jī)額定電壓
05-02= 4kw 電機(jī)額定功率
05-03= 1410rpm 電機(jī)客戶轉(zhuǎn)速
05-04 = 4 電機(jī)極數(shù)
然后將05-00=1（動(dòng)態(tài)測(cè)量電機(jī)參數(shù)），按面板run鍵，電機(jī)開(kāi)始自學(xué)習(xí)。
自學(xué)習(xí)成功后，將
00-10=3 控制方式為foc+pg
01-12=1 加速時(shí)間
01-13=1 減速時(shí)間
10-00=1000 編碼器線數(shù)
10-01=1 編碼器輸入形式
改變面板上的設(shè)定頻率值，并按run/stop，看電機(jī)閉環(huán)運(yùn)行速度正常否？
（以上是測(cè)電機(jī)參數(shù)及判斷編碼器是否正常）如果正常，將電機(jī)聯(lián)上負(fù)載，設(shè)置：
00-02=2，將面板拔下來(lái)再插回去，將11號(hào)群組功能打開(kāi)：11-00=2，測(cè)量負(fù)載慣量，
顯示參數(shù)11-01的值。然后讓變頻器測(cè)負(fù)載慣量，通過(guò)pu面板讓電機(jī)分別以低速（10hz），中速（25hz），及高速（45hz）正轉(zhuǎn)10秒，再反轉(zhuǎn)10秒，重復(fù)5-10次。觀察11-01的值，當(dāng)11-01的值變化不大后，再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整以下參數(shù)：
11-02 低速頻寬
11-03 高速頻寬
11-11 零速頻寬
至此，電機(jī)矢量控制模式識(shí)別工作完畢，可以進(jìn)入實(shí)際調(diào)試。
3.2 實(shí)際調(diào)試
（1）收卷功能參數(shù)設(shè)定：
先設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)命令來(lái)源：00-21=1，由外部端子控制。
再設(shè)定02-05 = 44，將mi5設(shè)定為卷徑復(fù)位。
然后將03-00 = 11設(shè)定avi為張力pid回授訊號(hào)
03-01 =12 設(shè)定avi2為線速度來(lái)源
03-20 =14 設(shè)定aui為張力pid目標(biāo)值（張力閉回路）
03-12 =1 將aci輸入轉(zhuǎn)變成avi2,同時(shí)要將控制板上的sw2指拔開(kāi)關(guān)打到avi2
之后，設(shè)定08-21 = 1 啟動(dòng)變頻器收放卷功能，08-22 =2（收卷模式）08-23=285，08-24=75（機(jī)械齒輪比分子及分母）08-25=2（張力命令由aui給定）08-38=80（最大線速度），08-43=600（最大卷徑）08-44=85（最小卷徑），08-46=85（初始卷徑，即mi5接通后，當(dāng)前卷徑設(shè)為此值）。這樣設(shè)定后，機(jī)器就可以運(yùn)轉(zhuǎn)了。
（2）pid參數(shù)調(diào)整：
在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定pid，由于大卷與小卷的卷徑相差有7-8倍，一組pid參數(shù)很難適應(yīng)，因此設(shè)定08-28=1，（pid根據(jù)卷徑實(shí)時(shí)調(diào)整）如圖3所示：
圖3 pid根據(jù)卷徑實(shí)時(shí)調(diào)整
在小卷時(shí)，p大，i小，以便讓設(shè)備快速啟動(dòng)。在大卷時(shí)p小，i大，以使運(yùn)行時(shí)張力控制更穩(wěn)定。最終調(diào)整的參數(shù)如下：08-29=6.5（p1） 08-30=40(i1) 08-32=5 08-33=50
2.3 由于張力傳感器反應(yīng)十分靈敏，設(shè)備的震動(dòng)也會(huì)引起張力的波動(dòng)，這對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，就是干擾信號(hào)，為了將此信號(hào)去除，我們通過(guò)調(diào)整03-13（avi濾波）來(lái)解決，最終的參數(shù) 03-13=0.2。
5 結(jié)束語(yǔ)
臺(tái)達(dá)ve系列高性能矢量變頻器替換磁粉離合器后，無(wú)論是小卷還是大卷，都能精確控制燙金工藝張力，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高燙金設(shè)備的穩(wěn)定性，并降低了最終客戶的使用成本，得到了oem客戶和最終用戶的認(rèn)可與信賴。
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2 工藝描述
燙金加工工藝流程由基質(zhì)紙卷和電化鋁箔卷放卷系統(tǒng)和燙金紙收卷系統(tǒng)同步驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)基紙經(jīng)過(guò)燙過(guò)金后，要以一定的張力卷繞成一卷，方便后道工序使用。因此燙金工藝流程是典型的恒張力控制體系，燙金紙工藝裝備如圖1所示。
圖1 燙金紙工藝裝備
由于基紙的脆性特性，要求燙金紙收卷張力控制要求非常穩(wěn)定，否則，紙很容易被拉斷。傳統(tǒng)的燙金紙紙收卷普遍使用張力控制器集成磁粉離合器，磁粉離合器是根據(jù)電磁原理利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩。磁粉在長(zhǎng)期使用后會(huì)發(fā)生氧化而產(chǎn)生磨耗，導(dǎo)致扭矩變小，所以要經(jīng)常更換，使用成本較高，并且需要頻繁維護(hù)。
隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，用變頻器加普通電機(jī)控制電機(jī)做收卷的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。應(yīng)用變頻器做收卷，可以做到設(shè)備免維護(hù)，提高收卷的速度與精度，可有效降低客戶的使用成本。
3 ve變頻器恒張力系統(tǒng)
基于臺(tái)達(dá)ve系列矢量變頻器的燙金紙恒張力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)由放卷變頻器和收卷變頻器兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。牽引變頻器的模擬量輸出作為收卷變頻器（ve）的線速度（aci/avi2）給定，張力傳感器信號(hào)經(jīng)放大器后轉(zhuǎn)變成0-10v信號(hào)進(jìn)入收卷變頻器的avi，作為反饋，張力設(shè)定由外部電位器調(diào)整（aui）。另外，收卷變頻器的mi5多功能輸入端子定義為卷徑復(fù)位功能，收卷變頻器的運(yùn)行信號(hào)接到上位的牽引變頻器的運(yùn)行輸出端子。
圖2 臺(tái)達(dá)矢量變頻恒張力系統(tǒng)
張力是系統(tǒng)重要的控制變量。張力變量的獲得既可以采用浮動(dòng)輥（dancer），也可以采用張力傳感器（load cell）。張力傳感器比浮動(dòng)輥?lái)憫?yīng)快，且允許調(diào)整的量很小，故要求電機(jī)速度反應(yīng)很快，因此我們?cè)陔姍C(jī)上加裝了1000線ab相編碼器，使電機(jī)本身做foc（矢量）+pg（編碼器）控制，提高電機(jī)的響應(yīng)速度和控制精度。使用foc+pg的控制模式還有1個(gè)好處就是，當(dāng)收卷軸直徑不斷變大時(shí)，線速度是固定的，因此收卷軸的轉(zhuǎn)速越來(lái)越低，傳統(tǒng)的vf控制在低速下，速度控制的不是很穩(wěn)，會(huì)導(dǎo)致大卷徑時(shí)張力波動(dòng)，臺(tái)達(dá)ve變頻器用foc+pg控制可以實(shí)現(xiàn)零伺服的功能，電機(jī)在滿負(fù)載的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速也控制的十分穩(wěn)定。 [next]
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05-03= 1410rpm 電機(jī)客戶轉(zhuǎn)速
05-04 = 4 電機(jī)極數(shù)
然后將05-00=1（動(dòng)態(tài)測(cè)量電機(jī)參數(shù)），按面板run鍵，電機(jī)開(kāi)始自學(xué)習(xí)。
自學(xué)習(xí)成功后，將
00-10=3 控制方式為foc+pg
01-12=1 加速時(shí)間
01-13=1 減速時(shí)間
10-00=1000 編碼器線數(shù)
10-01=1 編碼器輸入形式
改變面板上的設(shè)定頻率值，并按run/stop，看電機(jī)閉環(huán)運(yùn)行速度正常否？
（以上是測(cè)電機(jī)參數(shù)及判斷編碼器是否正常）如果正常，將電機(jī)聯(lián)上負(fù)載，設(shè)置：
00-02=2，將面板拔下來(lái)再插回去，將11號(hào)群組功能打開(kāi)：11-00=2，測(cè)量負(fù)載慣量，
顯示參數(shù)11-01的值。然后讓變頻器測(cè)負(fù)載慣量，通過(guò)pu面板讓電機(jī)分別以低速（10hz），中速（25hz），及高速（45hz）正轉(zhuǎn)10秒，再反轉(zhuǎn)10秒，重復(fù)5-10次。觀察11-01的值，當(dāng)11-01的值變化不大后，再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整以下參數(shù)：
11-02 低速頻寬
11-03 高速頻寬
11-11 零速頻寬
至此，電機(jī)矢量控制模式識(shí)別工作完畢，可以進(jìn)入實(shí)際調(diào)試。
3.2 實(shí)際調(diào)試
（1）收卷功能參數(shù)設(shè)定：
先設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)命令來(lái)源：00-21=1，由外部端子控制。
再設(shè)定02-05 = 44，將mi5設(shè)定為卷徑復(fù)位。
然后將03-00 = 11設(shè)定avi為張力pid回授訊號(hào)
03-01 =12 設(shè)定avi2為線速度來(lái)源
03-20 =14 設(shè)定aui為張力pid目標(biāo)值（張力閉回路）
03-12 =1 將aci輸入轉(zhuǎn)變成avi2,同時(shí)要將控制板上的sw2指拔開(kāi)關(guān)打到avi2
之后，設(shè)定08-21 = 1 啟動(dòng)變頻器收放卷功能，08-22 =2（收卷模式）08-23=285，08-24=75（機(jī)械齒輪比分子及分母）08-25=2（張力命令由aui給定）08-38=80（最大線速度），08-43=600（最大卷徑）08-44=85（最小卷徑），08-46=85（初始卷徑，即mi5接通后，當(dāng)前卷徑設(shè)為此值）。這樣設(shè)定后，機(jī)器就可以運(yùn)轉(zhuǎn)了。
（2）pid參數(shù)調(diào)整：
在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定pid，由于大卷與小卷的卷徑相差有7-8倍，一組pid參數(shù)很難適應(yīng)，因此設(shè)定08-28=1，（pid根據(jù)卷徑實(shí)時(shí)調(diào)整）如圖3所示：
圖3 pid根據(jù)卷徑實(shí)時(shí)調(diào)整
在小卷時(shí)，p大，i小，以便讓設(shè)備快速啟動(dòng)。在大卷時(shí)p小，i大，以使運(yùn)行時(shí)張力控制更穩(wěn)定。最終調(diào)整的參數(shù)如下：08-29=6.5（p1） 08-30=40(i1) 08-32=5 08-33=50
2.3 由于張力傳感器反應(yīng)十分靈敏，設(shè)備的震動(dòng)也會(huì)引起張力的波動(dòng)，這對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，就是干擾信號(hào)，為了將此信號(hào)去除，我們通過(guò)調(diào)整03-13（avi濾波）來(lái)解決，最終的參數(shù) 03-13=0.2。
5 結(jié)束語(yǔ)
臺(tái)達(dá)ve系列高性能矢量變頻器替換磁粉離合器后，無(wú)論是小卷還是大卷，都能精確控制燙金工藝張力，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高燙金設(shè)備的穩(wěn)定性，并降低了最終客戶的使用成本，得到了oem客戶和最終用戶的認(rèn)可與信賴。
日本《世界辦公機(jī)械預(yù)測(cè)報(bào)告》：全球數(shù)字印刷機(jī)銷量將下滑
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