图4 张力控制系统
（1）变频收卷的控制原理及调试过程
图4为张力控制系统设计。卷径的计算原理根据V1=V2（线速度）来计算收卷的卷径。
因为V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx。（R1-测长辊的半径、Rx-收卷盘头的半径） 因为在相 同的时间内由测长辊走过的纱的长度(L1、L2)与收卷收到的纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt èΔn1*C1=Δn2*C2/i(Δn1---单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i--减速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i， D2=Δn1*D1*i/Δn2,因为Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的线数、D1—为测长辊直径、D2—收卷盘头卷径). Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即测长辊转一圈,由霍尔开关产生一个信号接到PLC.那么D2=D1*i*P2/ΔP2,这样收卷盘头的卷径就得到了。
（2）收卷的动态过程分析
要能保证收卷过程的平稳性,不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定.需要进行转矩的补偿.整个系统要激活起来,首先要克服静摩擦力所产生的转矩,简称静摩擦转矩,静摩擦转矩只在激活的瞬间起作用;正常运行时要克服滑动摩擦力产生地滑动摩擦转矩,滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在,并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿,系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量,也要进行相应的转矩补偿,补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系.在不同车速的时候,补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩；克服了这些因素,还要克服负载转矩,通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小,经过减速比折算到电机轴.这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。总结:电机的输出转矩=静摩擦转矩(激活瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩.在加速时还要加上加速转矩;在减速时要减去减速转矩.
（3）转矩的补偿标准
· 静摩擦转矩的补偿:因为静摩擦转矩只在激活的瞬间存在,在系统激活后就消失了.因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿.
· 滑动摩擦转矩的补偿:滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的.补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准.补偿量的大小与运行的速度有关系。所以在程序中处理时，要分段进行补偿。
· 加减速、停车转矩的补偿：补偿硬一收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。
（4）系统计算公式
· 已知空芯卷径Dmin=200mm,满卷卷径Dmax=1200mm;线速度的最大值Vmax=90m/min,张力设定最大值Fmax=50kg(约等于500牛顿);减速比i=9;速度的限制如下:因为:V=π*D*n/i(V-线速度、D-卷径、n-转速，对于收卷电机)=>收卷电机在空芯卷径时的转速是最快的。所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min。
· 因为我们知道变频器工作在低频时,交流异步电机的特性不好,激活转矩低而且非线性。因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2HZ以下.因此:收卷电机有个最低速度的限制.计算如下:对于四极电机而言其同步转速为:n1=60f1/p=>n1=1500r/min（f1-为额定频率、p-为极对数、n1-同步转速）. =>2HZ/50HZ=N/1500=>n=60r/min。当达到最大卷径时,可以求出收卷整个过程中运行的最低速.V=π*D*n/i=>Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min.张力控制时,要对速度进行限制,否则会出现飞车.因此要限速.
· 张力及转矩的计算如下:如果F*D/2=T/i（F--张力、D--卷径、T--转距、i--减速比）,=>F=2*T*i/D对于22KW的交流电机,其额定转矩的计算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.（T-电机的额定转距、P-电机的额定功率、n-为电机的额定转速）所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N.
（5）调试过程：
· 先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。
· 将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的线数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用死循环矢量控制时，运行频率总是在参考编码器反馈的速度，最大限度的接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近震荡的。
· 在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量（P2）和最低脉冲量 ( P2 ).通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对最高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。最低脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转距特性很差，会出现抖动的现象。
通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进
行一定的转距补偿.补偿的大小，可以以电机额定转距的百分比来设定。
4基于台达机电技术的同步传动控制解决方案
4.1高精度同步控制方案
对于同步要求精度非常高的场合，如喷涂、印刷、包装等设备上经常会遇到高精度的同步控制。这种场合由于精度非常高，因此普通的调速系统满足不了要求，可以选择台达伺服系统来实现。利用伺服驱动上提供的PG编码器分周比输出A、B、Z端子， OA、/OA、OB、/OB、OZ、/OZ即为分频脉冲输出端子。可以将该输出端子接到第二台伺服驱动的SIGN、/SIGN、PULSE、/PULSE输入端子。如果同步单元超过两个单元，则同理类推，可以将第二台伺服驱动的PG分周输出端子接到第三单元的脉冲输入端子。例如玻璃纤维折纸机、木地板抛光套色等同步传动应用案例。
4.2伺服追变频同步方案
图6伺服追变频同步控制原理
（1）控制要求
变频拖动电机带传送带向右移动，传送带上有需要定长切的材料，电机后加编码器，
编码器的A/B相脉冲接V系列变频器构成闭环矢量控制，保证电机特性曲线的硬度，另外将A/B相脉冲接进PLC高速计数。同时将A相脉冲接PLC的Y1触点连接的继电器的常开触点。PLC的脉冲输出触点Y0接继电器的常闭触点。工艺要求如下所述：变频拖动传送带输送要被裁切的材料，伺服拖动滚刀连续运转，当到达设定的要裁切的长度时，正好保证滚刀运行至最低点，将材料切断。
（2）控制原理
控制原理如图6所示。设定需要裁切的长度可以转换成脉冲数。启动时，Y1没有输出，即伺服是通过PLC的Y0触点发脉冲来驱动，这时让滚刀快速运转到上图的A位置，这时通过PLC的高速计数值与定长转换后的脉冲数相差很小时，假设滚刀接收到10000个脉冲转一圈。定长转换后的脉冲数为5000个脉冲，则启动时，通过PLC发脉冲快速让滚刀运行9000个脉冲停在A位置做等待，当高速计数为4000时，开中断让Y1输出，这时伺服由编码器驱动，同时剩余1000个脉冲由同样的频率走完1000个脉冲，达到同步切的效果。例如染浆联合机、多单元纱浆机等应用领域。
5 案例图片
5.1同步控制及张力控制成功案例
（1）染浆联合机
（2）7单元浆纱机
（3）预缩机 （4）浆点涂层机
（5）玻璃纤维折纸机
5 结束语
同步与张力控制是经典的传动自动化问题，在纺织、印染、造纸、印刷、线材等多机架连续物料生产制造领域有十分广泛的工程应用。进入变频器传动时代以来，结合PLC的同步与张力控制系统成为前沿电气传动自动化工程集成热点。高新性能的同步与张力传动控制系统正在带动着众多行业的技术进步。本文结合台达机电平台的技术特点，系统讨论了应用新技术为传统的传动自动化提供的解决方案和取得的工程技术业绩，有深远的技术推广价值。
