薄膜卷绕机械变频调速控制

2016-01-08 15:11 作者:管理员11 来源:未知 浏览: 字号:
薄膜卷绕机械变频调速控制

    恒功率负载的输入转矩与转速成反比,即在调速范围内,转速低力矩大、转速高力矩小,电
动机的输出功率不变。典型的恒功率负载设备,如机床主轴、轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中
的卷取机和开卷机,如图6-63所示。车床的主轴传动在低转速时,往往进刀较深,切酎量大,
此时要求大转矩;而在高转速时,进刀较浅,切削量小,此时所需转矩较小。
    在恒功率负载设备上采用变频调速时,为了不过分增大通用变频器的容摄,又能满足匾功率
的要求,当在整个调速范围内分段进行调速时,可以采用变极电动机与通用变频器相结合或者机
械变速与通用变频器相结合的办法。恒功率负载的机械特性较复杂,系统设计时应注意不能使异
步电动机超过其同步转速运行,否则易造成破坏性机械故障。通用变频器的容量一般取1.1~
1.5倍异步电动机的容量。变频控制柜应加装专用冷却风扇。

薄膜卷绕机械工作示意图
    一、恒功辜负载
    1.恒功率负栽的特点
    在不同的转速下,负载的功率基本恒定,即PL=常数。即负载功率的大小与转速的高低无
关,其功率特性曲线如图6-64 (c)所示。
    负载转矩为
    TL=9550PL/nL           (6-34)
即转矩特点是负载阻转矩的大小与转速成反比,如图6-64 (b)所示。

恒功率负载及其特性
    2.薄膜卷绕机械实例
    在工业生产中,各种薄膜的卷取机械,如生产塑料薄膜和金属膜机械、造纸机械等都是恒功
率负载的典型例子,这些机械在生产过程中,都需要有放卷和收卷运行。
    如图6-64 (a)所示为薄膜卷绕机械工作示意图,其工作特点是:放卷运行中,卷筒的半径
r越放越小,收卷过程中,卷筒的半径r越放越大。
    对拖动系统的要求是,为了使被卷物在放卷和收卷过程中不变形,要求在运行中被卷物的张
力F必须保持恒定,为了保持张力恒定,必然要求薄膜运行的线速度v不变。随着“薄膜卷”的

卷径r不断增大,卷取辊的转速以应逐渐减小,以保持薄膜的线速度v恒定,从而也保持了张力
F的恒定。
    (l)恒张力的控制方法
    由于具有以上特点,在卷取过程中,负载系统的功率PL
    PL=Fv=const    (6-35)
式中,张力F保持恒定,卷取物的线速度口保持恒定,所以负载系统的功率PL也是恒定的,如
图6-64 (c)所示。
    (2)负载阻转矩和转速
    负载阻转矩为
    TL=Fr    (6-36)
    负载阻转矩的大小决定于r,放卷运行中,卷筒的半径r越放越小,卷筒的阻转矩TL也越
小,由于负载功率不变,卷筒的转速将随转矩的减小而增高,即
    nL=9550PL/TL    (6-37)
    收卷的过程则相反,随着卷绕过程的不断进行,被卷物的直径则不断加大,负载转矩也不断
加大,卷筒的转速将随转矩的增加而减小。
    二、恒功率负载的变频调遮
    1.恒功率负载实现变频调逮的主要问题
    恒功率负载在设计变频调速系统时,必须考虑的主要问题是如何减小拖动系统的容量。
    以某卷取机为例,负载的转速范围为53~318r/min,电动机的额定转速为960r/min,传动
比λ=3。其机械特性如图6-65 (a)的曲线1所示。图中,横坐标是负载转矩TL及其折算值T'L;
纵坐标是负载转速nL及其折算值n'L。应该注意的是,转速的折算值实际上就是电动机的转速,
但转矩的折算值却并不等于电动机的转矩。为了便于比较,计算时负载的转矩和转速都用折
算值。
    (1)最高转速时的负载功率


    可见,所选电动机的容量比负载所需功率增大了7.5倍。这是因为,如果把频率范围限制在
fx≤fN内的话,则所需电动机容量为


    可见,变频调速系统的容量比负载所需功率大了λ倍,是很浪费的。所以在电动机的额定频
率以下对恒功率负载进行调速是不恰当的。
    2.减小容量的对策
    当fx>2fN时,电动机的有效转矩线也具有恒功率性质,应考虑利用电动机的恒功率区来
带动恒功率负载,使两者的特性比较吻合。
    当fx≤2f时,系统容量以fmax=fN为例,因为电动机恒功率区的最高转速比原来增加了
一倍,则传动比λ'也增大一倍,为6。图6-65 (b)画出了传动比增大后的机械特性曲线。其计
算结果如下。

电动机拖动恒功率负载机械特性
    (l)电动机的额定转矩:因为λ'=2λ,所以电动机在额定转速B于,负载转矩的折算值减小了
一半,即
               TMN≥T'Lmax=30N·m   (6-46)
电动机的额定转速:因为电动机在额定转速时,负载的转速降低了一半,即


可见,所需电动机的容量减小了一半。如图6-66所示为提高不同频率时带卷绕机的特性曲
线。由于电动机的工作频率过高,会引起轴承磨损及动平衡等方面的问题,故对于卷取机一类必
须连续调速的机械来说,拖动系统的容量已经不大可能进一步减小了。有些机械对转速的调整只
在停机时进行,而在工作过程中并不调速,如车床等金属切削机床的调速。对于这类负载,可考
虑将传动比分为两挡进行变频调速。
提高不同频率下的带卷绕机的机械特性
  三、薄膜卷绕机械变频调速实例
  l_参数
  薄膜数据:Dmin=0.1m,Dmax=1m;
  最大张力:Fmax=200N·m.
  电动机数据:3.0kW,960r/min,7.2A;
  传动比:λ=10,
  电动机额定转矩:TMN=9550PMN/nMN=9550×3/960=29.8N·m。
  变频器选型:森兰SB70系列,6.4kVA,9.7A,配用4 kW电动机。
  2.变频调速控制电路(闭环控制)
  (1)张力的检测
  为了保证收、放卷过程中不变形,拖动系统需要控制张力的恒定。在精度要求较高的场合,
通常采用张力传感器直接测定张力,如图6-67所示。在精度要求不高的场合,也常通过张力架
卷绕的闭环控制
的位置变化来测出前、后单元线速度之间的差异,使前、后单元的线速度保持相等·从而简单实
现了恒张力的控制。
    (2) PID调节控制功能
    利用变频器内置的PID调节功能,使拖动系统实现比较稳定的恒张力运行,如图6-67所示。
    1)变频器的PID调节功能预置为有效,给定信号输入端AI1输入目标信号}
    2)电位器RP用于调节张力的目标信号,即与张力大小对应的信号I
    3)张力传感器测定的信号作为张力的实测信号接至变频器的反馈信号输入端AI2;适当地
预置P、I、D的数据,就可以稳定实现卷绕的恒张力运行了。
    (3)功能预置
    参数功能预置见表6-31。
参数功能预置
  (4)电动机参数自整定方法
  电动机和负载脱开,在运行模式下,按运行键,测量完成后自动停机。




PLC控制MM440变频器实现电动机正反转。

    1.训练目的
    (1)熟悉MM440变频器的基本操作面板。
    (2)掌握PLC与通用变频器面板操作控制。
    (3)掌握PLC与通用变频器外部端子操作控制。
    2.训练器材
    (1) MM 440变频器实训操作台l套。
    (2)三相交流笼型异步电动机1台。
    3.训练内容
    (1) PLC控制变频器基本操作
    随着变频器技术的发展和价格的降低,其在工业控制中的应用越来越广泛。在控制系统中,
变频器主要作为执行机构来使用,有的变频器还有闭环PID控制和时间顺序控制的功能。PLC
和变频器都是以计算机技术为基础的现代工业控制产品,将二者有机地结合起来,用PLC控制
变频器,是当代工业控制中十分普遍的。常见的控制要求有:
    1)用PLC控制电动机的旋转方向、转速和加减速时间。
    2)实现电动机的工频电源和变频电源之间的转换。
    3)实现变频器与多台电动机之间的切换控制。
    4)通过通信实现PLC对变频器的控制,将变频器纳人工厂自动化通信网络。
    5)变频器的输出频率控制。
    (2) PLC控制变频器输出频率的方法
    1)用PLC模拟量输出模块提供变频器的频率给定信号。PLC的模拟茸输出模块输出的直流
电流信号送给变频器的模拟量转速给定输入端,用模拟量输出信号控制变频器的输出频率。这种
控制方式的硬件接线简单,但是PLC的模拟输出量模块价格高,模拟信号可能会受到干扰信号
的影响。
    2)用PLC的数字输出信号有级调节变频器的输出频率。PLC的数字量输出/输入点一般可
以与变频器的数字量输入/输出点直接相连,这种控制方式的接线简单,抗干扰能力强。用PLC
的数字量输出模块可以控制变频器的正反转,有级调节转速和加减速时间。虽然只能有级调节,
但是对于大多数系统已足够。
    3)用串行通信提供频率给定信号。PLC和变
频器之间的串行通信除了可以提供频率给定信号
外,还可以传送大量的参数设置信息和状态
信息。
    4)用PLC的高速脉冲输出信号作为频率给定
信号。
    (3) PLC对变频器的控制
    如图6-68所示为PLC和MM440变频器联机
正反转控制的接线图。
    通过S7-226PLC和MM440变频器联机,实现
MM440控制端口开关操作,完成对电动机正反转
运行的控制。控制要求如下:
    1)电动机正向运行时,正向起动时间为8s.
变频器输出功率30Hz。
PLC和MM440变频器联机正反转控制接线图
2)电动机反向运行时,反向起动时间为8s,变频器输出率30Hz。
3)电动机停止时,发出停止指令,10s内电动机停止。
4.训练步骤
(1) S7-226 PLC输入/输出分配
根据控制要求写出PLC输入/输出分配,见表6-32。

输入/输出分配
    (2) PLC程序设计及变频器参数设置
    1) PLC程序设计的编程输入步骤省
略,只画出梯形图,如图6-69所示。
    2)变频器参数设置:变频器的操作步
骤省略,只列出需要设置参数,见表6-33。
  (3)操作控制
  1)电动机正向运行。当按下正转按钮
SBl时,MM440的端口DINI为“ON”,
电动机按P1120所设置8s斜坡上升时间正
向起动,经8s后,电动机正向稳定运行在
由P1040所设置的30Hz对应的转速上。
  2)电动机反向运行。当按下反转按钮
SB3时,MM440的端口DIN2为“ON”,
电动机按P1120所设置的8s斜坡上升时间反向起动,经8s后,电动机反向运行在由P1040所设
置的30Hz对应的转速上。
    3)电动机停车。无论电动机当前处于正向还是反向工作状态,当按下停止按钮SB2时.
MM440的端口DIN1和DIN2为“OFF,电动机按P1121所设置的lOs斜坡下降时间正向(或
反向)停车,经10s后电动机停止运行。
PLC控制变频器正反转梯形图
参数设置1
参数设置2
    5.注意事项
    PLC的数字输入/输出分配不是唯一的,一旦输入/输出端口的功能和外围设备接线图确定
后,PLC程序设计要与外围设备硬件的连接相对应。
    6.实训考核及成绩评定
    参见表6-14。

1.恒功率负载的特点是什么?
2.恒功率变频调速适用的频率范围是多少?
3.恒功率负载变频调速的重点是什么?
(责任编辑:laugh521521)
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