Управление намоточным станком
Станок по перемотке кабеля, ткани, бумаги, пленки и других полотен не обходится без использования преобразователей частоты. Обычно проблемы, связанные с контролем скорости вращения лентоведущих валиков и управления регулятором натяжения, перекладывают на дорогостоящий контроллер. В этой статье рассматривается частотный преобразователь AS3 Toshiba, способный самостоятельно решать все эти проблемы без использования стороннего контроллера.
![Станок по перемотке полотна с регулятором натяжения](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/China-supplier-stretch-film-rewinding-machine-with-500x500.jpg)
![Станок по разрезанию полотна на полосы](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/Recyclable-Kraft-Paper-Slitter-Rewinder-Machine-500x500.jpg)
Проблемы перемоточных станков
Натяжение полотна — это растягивающее усилие, приложенное к полотну или кабелю в направлении его движения. При недостаточно сильном трении между полотном и валиком, положение полотна в поперечном движению направлении и скорость его движения будут неконтролируемыми. При чересчур большом натяжении может происходить растягивание полотна, морщение или его повреждение. В ситуациях, когда требуется контролировать натяжение нескольких лент одновременно (например при ламинировании), натяжение каждой из них должно быть одинаковым. Если это не так, то склеенное полотно будет скручиваться в сторону более натянутой ленты.
Оптимальное натяжение полотна или кабеля определяется опытным путем или по рекомендации завода производителя. На практике сила натяжения составляет 10-25 % предела прочности материала на разрыв.
![Регулятор натяжения перемоточного станка с датчиком положения](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/dancer_pid_control.jpg)
Еще одой проблемой является регулирование натяжения при размотке, намотке и перемотке, т.к. диаметры и массы рулонов в процессе работы машины изменяются.
Требуемое натяжение изначально задается технологом с помощью задания требуемого натяжения в контроллере. В процессе работы система управления должна контролировать натяжение полотна с помощью датчика контроля натяжения и автоматически изменять скорость вращения валиков для обеспечения натяжения. Преобразователь частоты VF-AS3 Toshiba способен заменить контроллер перемоточного оборудования благодаря встроенному функционалу.
![Инвертор VF-AS3 Toshiba](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/toshiba-as3-vfd-307x500.png)
Встроенный функционал частотных преобразователей VF-AS3 Toshiba для станков намотки
В преобразователях частоты VF-AS3 Toshiba предусмотрено 2 ПИД-регулятора для управления скоростью вращения валиков по датчику натяжения.
ПИД-регулятор контроля скорости в системах намотки
ПИД-регулятор скорости предназначен для управления скоростью намоточного устройства, для чего требуется очень быстрая реакция. Время ускорения/замедления частотника в этом режиме автоматически устанавливается на самое короткое время. ПИД-регулятор скорости также реагирует намного быстрее обычного ПИД-регулятора процесса, управляя увеличением/уменьшением скорости, которая отделена от времени ускорения/замедления. Фильтр задержки устанавливается на значение обратной связи для стабильной работы регулятора.
![Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора скорости](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/PID_speed_diagramm.jpg)
В намоточном станке важно регулировать скорость намоточного валика для обеспечения заданного натяжения.
Настройка ПИД-регулятора частотного преобразователя Toshiba сводится к заданию частоты, при которой будет обеспечиваться заданный уровень натяжения. Иными словами, необходимо преобразовать уровень натяжения в частоту. Для этого нужно настроить следующие параметры:
Тип параметра | Параметр | Назначение параметра |
---|---|---|
Величина задания | F389 | Выбор входа задания PID1: 0: выбирается с помощью FMOd/F207 1: Вход RR 2: Вход RX 3: Вход II 4: Вход AI4 (опция) 5: Вход AI5 (опция) 6 … 11: — 12: С помощью FPId 13,14: — 15: С помощью команд Вверх/Вниз на входных дискретных клеммах 16: Импульсный вход 17: Высокоскоростной импульсный вход (опция) 18,19: — 20: Через встроенный Ethernet 21: Через связь RS485 (порт 1) 22: Через связь RS485 (порт 2) 23: Через опциональный модуль связи |
Величина задания | FPId | Задание PID1 (Только при [F389]=»12«) |
Величина обратной связи | F360 | Выбор входа обратной связи PID1: 0: — 1: Вход RR 2: Вход RX 3: Вход II 4: Вход AI4 (опция) 5: Вход AI5 (опция) 6 … 16: — 17: Высокоскоростной импульсный вход (опция) |
Плюс/Минус характеристика | F359 | 2: ПИД-регулирование скорости (положительная характеристика) 12: ПИД-регулирование скорости (отрицательная характеристика) |
Выходной сигнал | F374 | Диапазон расхождения величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании |
Настройка выходной клеммы | 144/145 | Сигнал о соответствии величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании в пределах заданного [F374] диапазона |
Остальные настройки параметров, показанных на схеме выше можно оставить по умолчанию, за исключением:
- [F362] — пропорциональный коэффициент ПИД-регулятора
- [F363] — интегральный коэффициент ПИД-регулятора
- [F366] — дифференциальный коэффициент ПИД-регулятора
Контроль позиции измерителя натяжения для перемоточных станков
В станках для перемотки применяется уже два приводных валика и измеритель натяжения полотна плавающего типа. Схематично управление перемоточным станком изображено на иллюстрации ниже. Заданное натяжение здесь обеспечивается разностью скоростей валиков размотки и намотки.
![Схема работы внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/PID_dancer_position_scheme.jpg)
Инвертор 1 управляет электродвигателем валика размотки.
Инвертор 2 управляет электродвигателем валика намотки. На Инверторе 1 задается требуемая скорость перемотки. Далее сигнал задания скорости передается на Инвертор 2. Т.е. первоначально валики вращаются с одинаковой скоростью. Но потом в действие включается ПИД-контроль, работающий по заданию позиции измерителя натяжения. Таким образом, результирующая скорость второго валика будет изменяться так, чтобы обеспечить заданное натяжение.
На схеме ниже изображена схема ПИД-регулирования процесса перемотки.
![Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/05/PID_dancer_position_diagramm.jpg)
Настройка ПИД-регулятора частотного преобразователя Toshiba для второго валика (намотки) сводится к заданию требуемой величины натяжения в единицах измерения частоты. Таким образом, будет происходить постоянная коррекция скорости вращения валика намотки. Для обеспечения этого нужно настроить следующие параметры:
Тип параметра | Параметр | Назначение параметра |
---|---|---|
Задание скорости инвертора 2 | FMOd | Выбор входа задания частоты: 0: — 1: Вход RR 2: Вход RX 3: Вход II 4: Вход AI4 (опция) 5: Вход AI5 (опция) 6 … 9: — 10: Колесо управления 1 (выключить питание и нажать OK для сохранения) 11: Колесо управления 2 (нажать OK для сохранения) 12: Заданная скорость Sr0 13,14: — 15: С помощью команд Вверх/Вниз на входных дискретных клеммах 16: Импульсный вход 17: Высокоскоростной импульсный вход (опция) 18,19: — 20: Через встроенный Ethernet 21: Через связь RS485 (порт 1) 22: Через связь RS485 (порт 2) 23: Через опциональный модуль связи |
Задание скорости инвертора 2 | F207 | Аналогично FMOd |
Величина обратной связи | F360 | Выбор входа обратной связи PID1: 0: — 1: Вход RR 2: Вход RX 3: Вход II 4: Вход AI4 (опция) 5: Вход AI5 (опция) 6 … 16: — 17: Высокоскоростной импульсный вход (опция) |
Мертвая зона регулирования | F388 | Допуск, в пределах которого не будет регулирования |
Плюс/Минус характеристика | F359 | 4: ПИД-регулирование скорости в режиме измерителя натяжения (положительная характеристика) 14: ПИД-регулирование скорости в режиме измерителя натяжения (отрицательная характеристика) |
Выходной сигнал | F374 | Диапазон расхождения величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании |
Настройка выходной клеммы | 144/145 | Сигнал о соответствии величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании в пределах заданного [F374] диапазона |
Когда нет необходимости корректировать задание по измерителю натяжения, можно сохранить текущее значение ПИД-регулятора с помощью сигнала на входную клемму с настройкой 94/95. Полностью выключить ПИД-регулятор можно с помощью сигнала на входной клемме с настройкой 36. При этом на выходе ПИД-регулятора будет значение 0.
Остальные настройки параметров, показанных на схеме выше, можно оставить по умолчанию, за исключением этих:
[F362] — Пропорциональный коэффициент ПИД-регулятора
[F363] — Интегральный коэффициент ПИД-регулятора
[F366] — Дифференциальный коэффициент ПИД-регулятора
Дополнительно можно задать запрет на обратное вращение с помощью параметра [F311]. Доступные варианты задания: 0 — допускается, 1 — запрет назад, 2 — запрет вперед.
Важно также задать небольшое время разгона ACC и время замедления dEC для быстрого отклика в диапазоне, чтобы не вызвать отключение инвертора.
Автоматизированная линия по производству бумаги
Перемоточный станок в производстве бумаги предполагает использование нескольких приводов с распределением скоростей между двигателями. Причем для для обеспечения контроля натяжения бумаги необходимо синхронно изменять скорость сразу нескольких двигателей. Для этой цели в преобразователе частоты AS3 Toshiba есть специальные функции, которые позволяют обойтись без использования стороннего контроллера.
![Управление перемоточным оборудованием с распределением скоростей между приводами](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/06/Master_follower_speed_control_drive.jpg)
Эта функция называется «пропорциональный контроль скорости». Каждый двигатель управляется собственным инвертором. Все инверторы соединены между собой сетью по каналу RS485. В сети есть ведущий (мастер) инверторы и ведомые инверторы, которые получают от мастера задание по сети.
Необходимо задать следующие параметры для ведущего (мастер) инвертора
Параметр | Значение | Описание |
---|---|---|
[F826] | 3 | Команда задания частоты (3 = ведущий-мастер, передача задания частоты. 100% — это максимальная частота) |
[F827] | 0 | Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA) |
[F820] | 1 | Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек) |
[F821] | 1 | Четность (1 = нечетный) |
[CMOd] | 1 | Способ запуска (1 = с панели управления) |
[FMOd] | 1 | Задания частоты (1 = с клеммы аналогового входа RR) |
[F825] | 0.01 | Время ожидания передачи |
[F829] | 1 | Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный) |
Необходимо задать следующие параметры для ведомых инверторов
Параметр | Значение | Описание |
---|---|---|
[F826] | 0 | Команда задания частоты (0 = ведомый, останавливается при аварии мастера) |
[F827] | 0 | Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA) |
[F823] | 1 | Таймаут соединения (1 = 1 секунда ожидания при потере соединения) |
[F820] | 1 | Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек, как у мастера) |
[F821] | 1 | Четность (1 = нечетный, как у мастера) |
[CMOd] | 0 | Способ запуска (0 = с дискретных клемм, например, запуск с клеммы F или ST) |
[FMOd] | 22 | Задания частоты (22 = с второго порта RS485) |
[F810] | 1 | Задание частоты через коммуникацию по сети (1 = с первого порта RS485) |
[F811] | ? | Настройте требуемую величину точки 1 (%) |
[F812] | ? | Настройте требуемое значение частоты точки 1 (Гц) |
[F813] | ? | Настройте требуемую величину точки 2 (%) |
[F814] | ? | Настройте требуемое значение частоты точки 2 (Гц) |
[F829] | 1 | Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный) |
Контроль раздачи момента для многоосного транспорта
В транспортном средстве с несколькими приводными колесами или винтами необходимо синхронно контролировать не только скорость, но и момент на валу каждого двигателя. В этом помогает функция контроля раздачи момента в частотном преобразователе AS3 Toshiba. Для этого необходимо объединить частотники в сеть и назначить одного из них мастером, а других ведомыми. Таким образом, каждый двигатель будет управляться собственным частотным преобразователем.
![Управление перемоточным оборудованием с распределением скоростей между частотниками](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/06/Master_follower_torque_control_drive.jpg)
Необходимо задать следующие параметры для ведущего (мастер) инвертора
Параметр | Значение | Описание |
---|---|---|
[F826] | 5 | Команда задания момента (5 = ведущий-мастер, передача задания момента) |
[F827] | 0 | Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA) |
[F820] | 1 | Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек) |
[F821] | 1 | Четность (1 = нечетный) |
[CMOd] | 1 | Способ запуска (1 = с панели управления) |
[FMOd] | 1 | Задания частоты (1 = с клеммы аналогового входа RR) |
[F825] | 0.01 | Время ожидания передачи |
[F829] | 1 | Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный) |
Необходимо задать следующие параметры для ведомых инверторов
Параметр | Значение | Описание |
---|---|---|
[F826] | 0 | Команда задания частоты (0 = ведомый, останавливается при аварии мастера) |
[F827] | 0 | Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA) |
[F823] | 1 | Таймаут соединения (1 = 1 секунда ожидания при потере соединения) |
[F820] | 1 | Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек, как у мастера) |
[F821] | 1 | Четность (1 = нечетный, как у мастера) |
[CMOd] | 0 | Способ запуска (0 = с дискретных клемм, например, запуск с клеммы F или ST) |
[Pt] | 9 | Шаблон V/f (9 = Векторное управление 2, скорость-момент или 22 = векторное управление с опцией энкодера, скорость-момент |
[F420] | 22 | Задание частоты с помощью команды момента (22 = с второго порта RS485) |
[F829] | 1 | Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный) |
Распределение нагрузки между двигателями транспортного средства или промышленного оборудования
Функция контроля снижения (Droop control) в частотнике AS3 Toshiba предотвращает концентрацию нагрузки на конкретном двигателе в многодвигательной системе из-за дисбаланса нагрузки, когда несколько преобразователей и двигателей используются для создания общего усилия.
Параметры этой функции позволяют двигателю проскальзывать (понижающая характеристика) в зависимости от момента нагрузки.
![Управление оборудованием с равномерным распределением момента между приводами](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/06/droop_control_multidrives-429x500.jpg)
ΔF = νL·Gain1·Gain2
Для настройки диапазона частот мертвой зоны для момента и коэффициента усиления используются следующие параметры
Параметр | Название параметра | Диапазон настройки | Единицы измерения | Настройка по умолчанию |
---|---|---|---|---|
F320 | Коэффициент понижения * | 0.0 … 100.0 | % | 0.0 |
F321 | Частота при 0% коэффициента понижения | 0.0 …. 320.0 | Гц | 10.0 |
F322 | Частота при F320 коэффициента понижения | 0.0 …. 320.0 | Гц | 100.0 |
F323 | Мертвая зона момента понижения | 0 … 100 | % | 10 |
F324 | Выходной фильтр понижения | 0.1 … 200.0 | рад./сек | 100.0 |
* В процессе работы ПЧ это значение можно изменить от 0.1 до 100.0, но задание или изменение на 0.0 (нет понижения) должно производиться только после остановки.
Примеры использования этой функции
![Управление равномерным распределением момента между двигателями проходки туннелей](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/06/droop_control_multidrive_mashine.jpg)
![Управление равномерным распределением момента между двигателями тележки](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/06/droop_control_multidrive_truck.jpg)
![Управление равномерным распределением момента между двигателями нагнетателей бойлера](https://szma.com/wp-content/uploads/2019/06/droop_control_multidrive_boiler.jpg)
В случае с бойлером, лучшее сгорание получается при поддерживании соотношения воздуха и топлива постоянным. Свойства воздуха изменяются в зависимости от температуры сезона: зимой — тяжелая гравитация, летом — легкая гравитация.
Функция понижения может постоянно автоматически корректировать соотношение топливной смеси без использования датчика.
Частотные преобразователи Toshiba
Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba в России и СНГ предлагает купить частотные преобразователи серии VF-AS3 для решения задач управления станками. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.