一、张力控制专用变频器MIC001简介

MIC001是我公司推出的张力控制专用变频器，除了拥有MT系列变频器的高性能及多功能特性外，MIC001变频器还植入了张力控制应用专用算法及应用程序，适用于造纸、纸加工、印染、包装、电线电缆、光纤电缆、胶粘带、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶等行业；能够使牵引机自动跟踪系统的速度变化，并控制输出转矩使带（线）材上的张力保持恒定。

对于典型的卷曲类控制应用（收、放卷的控制），变频器内部自带卷径计算模块，能够自动适应卷筒直径的变化。MIC001变频器不仅可以完全替代力矩电机、直流电机、张力控制器等而独立地构成张力控制系统，而且相对于传统的张力控制器加变频器控制方案，使用本变频器可以使系统更简洁、降低成本、易于维护并且获得更为稳定的控制效果。

MIC001张力控制专用变频器是通过对输出转矩的控制与自动卷径的计算来保持张力的恒定。在无安装张力传感器，无当前位置或当前张力的外部反馈信号时，在大部分应用场合甚至不需要安装速度反馈的旋转编码器（PG）也能准确提供恒定的张力，保证加工的材料粗细或厚度均匀。

二、自动卷染机的变频张力控制

卷染机是典型的张力控制设备，在控制中采用变频调速具有简单高效，成本低廉，逻辑清晰等特点，以下是深圳市默贝克驱动技术有限公司生产的MIC001张力控制专用变频器在卷染机上的应用。

卷染机适合目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好应用越来越广泛。卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车、防坠液等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定，因此对系统的自控控制水平要求较高。

国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制的效果，也有采用单变频器的卷染机，收卷采用异步电机变频控制，放卷采用异步电机直流制动，收放卷电机使用接触器在变频器和直流制动之间来回切换，以上这些方案，分析其原理，都存在张力控制较大误差，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的采用伺服控制，有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果较为理想，但是对于国内的用户来说，成本压力很大。

本文以一个工程实例来说明采用MIC001张力控制专用变频器精确并巧妙的完成卷染机的工艺要求。

三、采用张力控制专用变频器的卷染机电气系统

卷染机的控制可以分为温度控制和传动控制两部分，本文重点描述的是关系到张力以及线速度控制的驱动部分控制。

卷染机的控制系统以S7-200系列PLC作为控制器，采用昆仑通态触摸屏作为人机界面，它们主要完成的是张力设定，线速度设定，布的厚度的测量以及相关逻辑动作的控制。变频器和PLC之间采用ModbusRS485通讯。采用通讯方式的好处是可以随时知道变频器主要变量的信息，减少接线，使得整个系统看起来很精简。

由操作工测量该布卷的直径，把这个值输入到触摸屏，PLC根据直径和总圈数，可以精确计算出来单层布的厚度。采用这种方法获得布厚，误差很小。布厚通过RS485通讯传送到MIC001张力控制变频器，作为控制的最基本参数。同时针对每种织物，染色所需要的张力以及染色速度，也在HMI上面设定好，然后通过PLC传递给变频器。

MIC001变频器的功能十分强大，具有惯量补偿，卷径计算，摩擦力补偿，锥度计算等张力控制功能，利用这些功能根据线速度和卷径的关系，自动计算出所匹配的角速度，可以实现卷染机控制要求中的恒定线速度的控制。其原理是：根据设定的线速度以及布匹的初始直径，布匹的厚度，我们可以得到一个匹配的电机旋转速度，当直径变化的时候，辊筒每旋转一圈，变频器会自动减去一层布的厚度，从而得到一个新的直径，通过这个新的直径，变频器又能够计算出所需要匹配的线速度，如此周而复始，可以确保布匹线速度的恒定。

恒张力的控制，则是利用矢量控制变频器的转矩控制功能，实时的根据张力的设定值，锥度，补偿量以及卷轴直径计算出所需要的转矩，从而达到间接的控制带材张力的目的。这种控制方式适合较低速度下的大张力控制，而卷染机正是较为典型的该类系统。在该系统中，变频器接收PLC通过485传送过来的张力设定值，然后根据布厚的递归运算得到直径，张力设定值乘上半径除上机械系统的传动比就是电机所需要输出的转矩。

在该系统中，假设我们把初始状态定为：1#辊筒恒线速度模式且放卷，2#辊筒开环力矩模式且收卷，那么1#变频器根据辊筒直径的变化计算出需要的电机转速来保证布匹的线速度恒定，2#变频器则始终工作在转矩控制模式、保证布匹张力的稳定。当一个方向快要染到头的时候，在PLC的控制下，进行减速，速度近0时，只需要切换一下两台变频器的收/放卷控制模式即可2台电机反向运转，1#变频器变为恒线速度收卷，2#变频器变为开环稳定力矩放卷；而这正好是一组逻辑上相反的信号，采用一个继电器即可获得。在PLC的控制下如此往复运行、直到规定的次数后，完成染色工作。

由卷染机的工作原理可见，放卷的电机始终处于发电模式，通常的做法都是采用制动单元、制动电阻，将制动产生的能量以热量的形式消耗掉。对于卷染机这样长年累月工作在发电模式下的设备来说，这种方式电能的浪费是大量的。变频器可以方便支持公共直流母线，我们在实践中将两台变频器的PN母线直接并联，这样正常工作制动产生的能量通过并联的母线又回到拖动的电机。为了考虑在快速减速的时候，有可能两台电机都处于发电状态，在其中的一台变频器上面仍旧并联了一个制动电阻，这个电阻的工作是短时的，能耗很小。老式卷染机控制柜下方很大的一个电阻箱现在可以完全取消了，既节省了能耗，又避免了很大的一个热源，从而系统的可靠性也得到了提高。