PLC变频器张力控制
基于PLC与变频器的恒张力电动绞车设计
基于PLC与变频器的恒张力电动绞车设计摘要：文章从变频器实现对变频电机转矩控制原理及运行特点出发，采用PLC、编码器及变频器实现绞车的恒张力的控制方案，并根据该方案阐述了系统控制的实现方案。
该恒张力绞车具有较高的使用价值及广阔的市场前景。
关键词：变频器；恒张力；扭矩控制；引言随着近年来海洋科学考察、水下资源的探测和开发，以及水下追踪与探测等技术的快速发展，促进了水下探测设备技术的进步，平稳的吊放及回收水下探测设备成了对吊放绞车不可或缺的功能，而恒张力绞车可以满足此要求，本文采用PLC算法与变频器的转矩控制功能和编码器卷绕半径检测计算实现对绞车缆绳的恒张力控制。
1变频器转矩控制原理转矩控制是指变频器以控制电机的输出转矩为目的，速度大小与转向与转矩无关，只与外负载有关。
此时变频器采用电流环控制，外部给定信号直接给电流环作为电动机的输出转矩设定。
如图1所示。
当给定信号为10V时，电动机的输出力矩为额定值（100%T），当给定信号为5V时，电机输出力矩为额定转矩的50%。
图1、电机转矩控制曲线图转矩控制的运行特点在变频器转矩控制时，拖动系统的状态取决于系统的动态转矩式中：为动态转矩，为电动机输出转矩，为绞车负载转矩式1中电动机的输出转矩取决于转矩给定信号，当=0时，绞车拖动负载等速运行，当＞0时，绞车拖动负载加速，此时为防止超速，许多变频器都带有速度外环限制超速，通过设置上限频率，当电动机的转速上升到上限转速时，电动机的转矩并不取决于转矩给定信号，但转矩给定信号保证了拖动系统将在上限转速下运行。
当＜0时，负载拖动绞车减速运行，直至绞车收绳速度为零，负载再拖动绞车反向加速运行，该过程绞车变频电机处于再生发电状态，将缆绳的机械能转变为电能。
但这部分电能一般通过制动电阻以热能的形式消耗掉或通过电封闭共直流母线技术供给系统中其它电机使用，避免因再生高压而损坏变频器。
2卷绕半径的检测与计算在绞车卷筒收绳过程中，卷绕半径是一个动态的变化过程，随着钢丝绳层数的增加而不断的增加，因此若要保证钢丝绳张力恒定，随着卷绕半径的增加，变频电机输出的转矩也要增加；在此采用分辨率为1024的增量编码器（A/B两相脉冲输出），通过PLC高速计数器记录编码器信号，进而计算出卷筒的卷绕层数。
张力控制系统
目录1. 毕业实习的目的、意义、要求...................................2. 总体介绍.....................................................3.张力控制系统..................................................3.1组成.....................................................3.2原理.....................................................3.3分类.....................................................3.4调试.....................................................4.编码器........................................................4.1工作原理.................................................5.对社会可持续发展等的影响......................................6.总结..........................................................7.参考文献......................................................1. 毕业实习的目的、意义、要求目的：1、熟悉张力控制系统的组成及工作原理。
2、了解张力检测装置、熟悉编码器的种类。
3、初步掌握S7-300PLC和G120变频器的应用。
4、了解张力控制系统的调试步骤和方法。
意义：在工业生产的诸多行业，经常会遇到卷绕控制问题。
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统一、项目目的1.了解电线自动化生产线张力控制系统；2.掌握电线自动化生产线恒张力控制系统工作原理；3.掌握S7-300PLC编程软件平台、STEP7的程序结构和编程方法；4.培养学生逻辑思维能力、创新能力、分析问题与解决问题能力二、硬件系统设计1. 硬件系统组成硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-300PLC控制器(下位机)和电线生产线（被控对象）等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-300PLC控制器(DP通讯接口)之间通讯采用PPI通讯方式。
2. 恒张力控制原理恒线速度恒张力调节系统以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。
收线机为卷取张力调节系统，放线机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。
开卷机由欧陆514C致力调速板控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节，如图1所示。
开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定。
图1恒张力系统示意图3.定义I/O口地址分配表分析与恒张力控制相关的生产线设备（开卷机、牵引机），分配PLC输入、输出信号地址。
4.设计出硬件系统接线图三、PLC控制程序设计1. 模拟量闭环控制系统的组成典型的PLC模拟量闭环控制系统如图2所示，图2模拟量闭环控制原理图在过程控制中，按照偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最广泛的一种自动控制器。
2. S7-300PLC实现闭环控制的方法S7-300PLC的FM355是智能化的4路通用闭环控制模块，可以用于化工和过程控制，模块带有A/D转换器和D/A转换器。
张力控制专用变频器 MD330 说明书
张力控制专用变频器MD330用户手册V E R:0目 录第一章 概述 (1)第二章 张力控制原理介绍 (2)2．1 典型收卷张力控制示意图 (2)2．2 张力控制方案介绍 (3)第三章 功能参数表 (6)第四章 参数说明 (12)4．1 控制模式选择部分 (12)4．2 张力设定部分： (14)4．3 卷径计算部分 (15)4．4 线速度输入部分 (18)4．5 张力补偿部分 (19)4．6 PID参数 (21)4．7 自动换卷参数 (22)4．8 增补部分参数 (23)第一章 概述本手册需与《MD320用户手册》配合使用。
本手册仅介绍与卷曲张力控制有关的部分，其他的基本功能请参考《MD320用户手册》。
当张力控制模式选为无效时，变频器的功能与MD320完全相同。
MD330用于卷曲控制，可以自动计算卷径，在卷径变化时仍能够获得恒张力效果。
在没有卷径变化的场合实现恒转矩控制，建议使用MD320变频器。
选用张力控制模式后，变频器的输出频率和转矩由张力控制功能自动产生，F0组中频率源的选择将不起作用。
1第二章 张力控制原理介绍 2．1 典型收卷张力控制示意图22．2 张力控制方案介绍对张力的控制有两个途径，一是可控制电机的输出转矩，二是控制电机转速，对应这两个途径，MD330设计了两种张力控制模式。
1、开环转矩控制模式开环是指没有张力反馈信号，变频器仅靠控制输出频率或转矩即可达到控制目的，与开环矢量或闭环矢量无关。
转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随材料的速度自动变化。
根据公式F=T/R（其中F为材料张力，T为收卷轴的扭矩，R为收卷的半径），可看出，如果能根据卷径的变化调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，这就是开环转矩模式控制张力的根据，其可行性还有一个原因是材料上的张力只来源于收卷轴的转矩，收卷轴的转矩主要作用于材料上。
MD系列变频器在闭环矢量（有速度传感器矢量控制）下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器（变频器要配PG卡）。
张力控制
3.5 步长选择
在规定全程加减速时间的前提下，步长/加速间隔=常数，加大步长，可以减少调整频率；减 小步长，必须增大调整频率。步长越大，系统调节效果越差。因此，应尽可能选择小步长； 但变频器对设定速度有一个最小的敏感值（如 LENZE 变频这个值为 0.02），这个步长应大
3.3 滤波参数的选择
滤波器用于抑制测量噪声。初始值: Td/10，一步步加倍, 直至副作用如阶跃响应出现振荡 倾向，再回调，使振荡消除。
3.4 线性化步骤
第 1 步：从最低速到最高速设定 N 组 PID 参数值：选最低速度、最高速度和中间的 8 个速 度；
第 2 步：针对每一个速度，调节好 PID 参数，使系统在这一速度下的动稳态性能达到最佳； 第 3 步：自动升降速过程中，以前一台变频器为基准，按一定步长，平稳调整前一台变频器
4 结束语
按照上述方案设计的张力控制器有以下优点： 1） 系统动态性能比用单一 PID 控制好，特别是生产速度较高且速度频繁调整时，动态响应
效果明显比用单一 PID 控制好； 2） 系统全程升降速过程中，速度控制比较平稳，张力始终控制得很好，无任何振荡。而没
有线性化时，经常发生振荡。 经过实际应用，本人认为按照上述方法可以解决大多数张力控制问题。更进一步的方法是： 用模糊理论或者用自校正来解决 PID 参数调整问题，将会收到更好的控制效果。
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(i<points)) {
本科毕业设计PLC张力控制系统的设计5
绪论随着科学技术的不断进展，工业生产的自动化程度不断地提高，微处置器、运算机和数字通信技术的应用愈来愈普遍。
工业自动化的主要支柱之一——PLC 在工业生产上具有普遍的应用，如造纸业、纺织业、橡皮业、薄膜加工业等等。
而PLC张力控制在上述工业中具有关键的作用。
在一般的造纸厂、印刷厂、纺织漂染厂、食物厂等，当处置一些如纸张、薄片、丝、布等长尺寸材料或产品时，都会用上卷壳及滚筒组成的加工生产线，因此，放料作业的张力控制，便成为通用的基础技术。
张力控制的作用就是在料膜动态处置进程中，维持恒定的张力，抑制外来干扰引发的张力抖动。
以料膜为例，在放卷，收卷和供料进程中，料膜上要维持必然的张力（或称之为拉伸力），过大的张力会致使料膜变形乃至短裂，而过小的张力又会使料膜松弛，致使褶皱，或处置尺寸不准等弊病。
如此就要求在料膜的处置进程，要维持恒定的张力。
张力控制的作用就是在料膜动态处置进程中，维持恒定的张力，抑制外来干扰引发的张力抖动。
本设计利用了伺服电机，三菱变频器、普通电机、西门子可编程控制器（PLC）、角度传感器。
项目中对两部份张力控制所选用的电机不同，是因为考虑到了生产本钱的因素。
在卷膜传送部份，需要的控制要求高，因此选用在性能好但价钱高的伺服电机，而在卷纸回收部份，需要的控制要求比较低，因此选用了廉价但能知足生产要求的普通电机。
设计中的张力控制系统，在利用传感器上选择了角度传感器。
通过对传送卷膜、卷纸的可动辊与水平面的夹角的测量，来判断张力大小是不是发生转变。
把检测出转角的模拟量送入控制器——PLC中进行控制。
第一章：张力控制系统的初步熟悉张力控制系统概述1.1.1 张力控制在一般的造纸厂、印刷厂、纺织漂染厂、食物厂等当处置一些如塑料膜卷、纸张、薄片、丝、布长尺寸材料或产品时，都会用上卷壳及滚筒组成的加工生产线，因此，放料作业的张力控制，便成为通用的基础技术。
以料膜为例，在放卷，收卷和供料进程中，料膜上要维持必然的张力（或称之为拉伸力），过大的张力会致使料膜变形乃至短裂，而过小的张力又会使料膜松弛，致使褶皱，或处置尺寸不准等弊病。
基于PLC与变频器的恒张力卷绕控制系统
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依据 △ 时 间 内高 速计 数 模块 的计数 值 之 ｆ 差 可 以近 似 算 出卷 绕 辊 的 实 际 瞬 时 转 速 ，设 卷绕 辊 的实 际瞬时 转速 为 ｒ ’） （，关 系式如 下 ：
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基于Ｐ Ｃ Ｌ 与变频器 的恒 张力卷绕 控制 系统
Ｃｏｎｔ ｏｌｓ ｔ ｒ ｙｓ ｅｍ ｏｆｃｏｎｓｔ ｔ ｔ ｓｉ ｉ ａｎ ｅｎ ｏｎ ｗ ｎｄｉ ｎｇ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ａｎｄ ｔ ａｎｓｄｕｃｅｒ ｒ
刘 东升 。 ，王守 芳 来自目标 。 上 安装 张 力传 感 器 ，采 用 张 力 传 感 器 来 测 量 卷 材 的 实 际张 力 值 ，再 通 过张 力调 节器 控 制 张 力恒 定 。
图 １ 典型 卷 绕控 制 系统 的结构 框 图 。 是 图 １中 ，箭 头 所 指 方 向 是 卷 材 的 运 动 方 向 ， 牵 引辊 、卷 绕 辊 分 别 由变 频 器 控 制 的 交 流 电动 机
接 法 。两 者 相 比 ，直 接 法 控 制 系统 简单 ，而 且 控 制 精 度较 高 ， 间接 法 不 易满 足 控 制 要 求 ， 因而 本
论 文 采 用 直 接 张 力 控制 法 ，即 在 传 动 的卷 材 辊 道
从上 式 （） （） 以看 出 ，卷 材 张力 的大 小 １、 ２ 可
测 量 辊
在卷 绕过 程 中 ，卷 绕 半 径 是 一 个动 态 的 变 化
过 程 ，由式 （ ） 以 看 出卷绕 辊 的 线 ３可 速 度 随 着卷 绕半 径 在 不 断地 变 化 ，因 此 若 要保 持卷 绕 辊 的 线 速 度恒 定 ，必 须 根 据卷 绕 半 径 不 断地 调 整 卷 绕 辊 的
plc恒张力控制步骤
plc恒张力控制步骤嘿，咱今儿就来唠唠 PLC 恒张力控制那些事儿！你想想啊，这恒张力控制就好比是驾驭一辆马车，得稳稳当当的才行呢！首先呢，你得了解你的“马儿”，也就是系统的各种参数和特性。
这就像是你得知道你的马车能拉多重，跑多快，啥样的路它能走得顺溜。
然后呢，根据这些信息来设置合适的参数，这就像是给马车配上合适的缰绳和马鞍。
接下来，就是让 PLC 这个“车夫”上岗啦！它得时刻关注着张力的变化，就像车夫时刻留意着马的状态一样。
一旦发现张力有啥不对劲，它就得赶紧采取行动。
比如说，要是张力变小了，那 PLC 就得让动力加大点儿，就好比车夫抽抽鞭子，让马跑快点儿来保持平衡。
要是张力变大了，那就得减小动力，就像车夫松松缰绳，让马慢下来点儿。
在这个过程中，反馈环节可重要啦！就像车夫得根据马的反应来调整自己的动作一样，PLC 得根据张力的实际情况不断调整控制策略。
这可不是一件简单的事儿啊，得精细着点儿呢！而且啊，这环境的变化也得考虑进去。
就好比马车在路上会遇到刮风下雨，路况也有好有坏。
在不同的情况下，PLC 得灵活应对，不能死板地按照一个套路来。
你说，这 PLC 恒张力控制是不是挺有意思的？它就像是一个聪明的车夫，能把张力控制得稳稳当当，让整个系统顺顺利利地运行。
这可不是随便谁都能做好的事儿，得有经验，有技巧，还得有那份耐心和细心呢！咱再想想，要是没有这恒张力控制，那会咋样呢？那可能就像马车失去了缰绳，乱了套啦！东西可能拉不稳，甚至会出危险呢！所以说啊，这 PLC 恒张力控制可真是太重要啦！你看，这就是 PLC 恒张力控制的大概步骤，说起来简单，做起来可不容易呢！但只要咱用心去研究，去实践，肯定能把它掌握好。
到时候，咱就能让咱的系统像那稳当的马车一样，顺利地跑起来啦！怎么样，是不是对这 PLC 恒张力控制有了更清楚的认识啦？哈哈！。
张力变频器的控制方式
张力变频器的控制方式张力变频器有两种控制方式：开环转矩控制方式和闭环速度控制方式。
一、开环转矩控制方式：开环是指不需要张力反馈信号，变频器直接控制电机的输出转矩，输出频率跟随工材料的线速度自动变化。
如果加装脉冲编码器，可以更精确控制电机的输出转矩。
张力设定：直接设定张力值。
实际使用中的，由使用者根据所用材料、卷曲成型要求设定。
张力锥度设定：可以设定随卷径增加，电机输出转矩增大或减小，保证张力恒定或改善收卷成型效果。
卷径计算：根据现场使用情况，输入几个基本参数，自动计算卷径。
转矩补偿：电机的输出转矩，在加减速时，有一部分要用来克服收（放）卷辊的转动惯量，通过参数设置，根据加减速速率，自动补偿电机输出转矩，使系统在加减速过程仍然获得稳定的张力。
二、闭环速度控制方式：闭环是指需要张力或位置反馈信号，由内置复合PID调节器，构成闭环调节，控制电机转速，使张力反馈稳定在PID调节器的给定值上，达到张力恒定目的。
在这种模式下，张力设定无效，张力由张力摆杆或浮动辊的配重确定。
线速度输入：复合PID调节器的输入变量，卷径计算参数。
卷径计算：适时卷径自动计算，调节转速。
张力变频器的优点（1）收放卷张力调整简便，张力与同步控制均在变频器中完成，可靠性与稳定性大大提高；（2）采用矢量控制，动态响应快、控制精度高，加减速时张力恒定，避免出现套色错位；（3）张力变频器的使用寿命长，系统使用与维护十分简便。
（4）可通过变频的脉冲传送数据，可省掉在plc控制场合所需的模拟量模块，节省成本。
张力变频器的参数1、允许额定电压的+/-15%的波动范围，适应中国电网的现况；2、输入输出三相电压：220V、380V、660V、1140V；输出频率范围：0-400Hz可调；3、优化的SVPWM控制技术：输出电流波形平稳，抑制电流能力强，负载大范围波动时，仍能稳定运行；4、完美的静音控制，16KHz在线可调，保证扭距合理输出，同时有效降低电动机的噪音和发热；5、完善的电机保护，具有过载、过流、过压、欠压、短路等保护及软起、软停功能等；6、丰富可编程输入、输出端子，2路可编程模拟量输入端口，并可互相切换，结合丰富的软件逻辑功能，可满足不同行业的应用要求；7、通用型160KW以上内置直流电抗器，输入功率因素高，减少了大功率机器对电网的干扰；8、具备完善的软件、硬件保护功能。
基于PLC的冷轧张力控制系统中变频器的设计
２ Ｉ ｍ ： Ｉ ２ ｒ ２ １ （ ３ － ４ ）
１变频器与Ｐ Ｌ Ｃ 的连接方式
Ｐ Ｌ Ｃ 与变频器有 ３ 种连接方法 ： （ １ ） ， Ｊ ｌ 用Ｐ Ｌ Ｃ 的模 拟量输 出模块 控制变 频器 ， 这种方法Ｐ Ｌ Ｃ 的模拟量输 出模块输 出０ ～５ Ｕ电压或４ ～ ２ ０ ＭＡ电流 ， 将其送给变频器 的模拟 电压 或电流输入端 ， 控制变频器
程， 通过程序 实ｔ ￣Ｐ Ｌ Ｃ 对变频器的各种运行 和数 据的采集 。 Ｐ Ｌ Ｃ 程序与变频器连接基本操作步骤 ： （ １ ） 对变频器进行初始化 厂一 ＝ ｆ一
：
从 图３ — ６ 中看 出， 与一般 的转差频率频率控制方式对 比， 基于转
× １ ２
（ ３
－
７ ）
设定 ， 参数设置 。 如果在进行初始化设定时有一个错误的设定 ， 会造 ３ Ｐ Ｉ Ｄ控制 成整个系统无法 传输 。 （ ２ ） 复位变频器确保参数生效 。 （ ３ ） 对西 门子进 调节 器 控 制 规律 为 微 分 ， 比例 ， 积分 控 制 ； 称 它 都Ｐ Ｉ Ｄ 控制 ， 其 中 行设置 ， 包括通信格式进行设 定， 波特率， 数据 长度 ， 奇偶校验 ， 停止 Ｐ 为 比列 ， Ｉ 为积分 ， Ｄ为微分 。 它们一般情况下步单独使用， 组合成Ｐ Ｉ 位和数据格式等 ， 设定后必须从启。 （ ４ ） 电缆制作及Ｐ Ｌ Ｃ 与变频器 连 控制 ， Ｐ Ｄ 控制 ， Ｐ Ｉ Ｄ 控制等方式 。 Ｐ Ｉ Ｄ 控制是至今用的最广泛的 ， 它具 接。 （ ５ ） 编写程序 。 有结 构简 单， 稳定性较好 ， 使用方便等优点 。 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制是由于 系统产 变频器与Ｐ Ｌ Ｃ 相连接应该注意 ： （ １ ） 对Ｐ Ｌ Ｃ 本身应按规定 的接线 生误差 ， 用 比列 ， 积分 ， 微分 计算得 出的控 制量进行控制误差 。 标 准和接地条件进行接地 ， 而 且 应 注 意 避 免 和 变 频 器 共 同 的接 地 （ １ ） 比例控制是最简单的方式， 系统控制器输出信号与输入误差 线， 应该将它们分开。 （ ２ ） 当电源条件不好时 ， 应该在西 门子Ｐ Ｌ Ｃ的电 信号成 比例 关系。 但是 比例控制存在 输出稳态误差 。 （ ２ ） 积分控制 中 源模块及 电源线上接入噪声滤波器等抗噪声变频器 。 （ ３ ） 当变频器 和 控制器 的输出信号与输入误差信号成正 比关系。 当一个系统进行稳 Ｐ Ｌ Ｃ 需要放在一个柜 中的， 应该把Ｐ Ｌ Ｃ 的 电线与变频器 电线各 自扎 定运行状 态时存在稳态误 差 ， 称 此系统为稳态误差 系统 。 将应采用 好分开 。 （ ４ ） 通过使用屏弊线和双绞线抑制噪声干扰 。 （ ５ ） 在Ｐ ＬＣ 和变 积 分 控制 ， 积 分 项 对误 差 取 决 于 时 间 的积 分 ， 时 间越 长 ， 积 分 项 会 越 频器连接时 ， 应注意出现干扰 ， 避免使变频器误工作造成设备损坏 。 大， 即使误差很小 ， 积分项也会 随着时间变长而赠大， 会使稳态误差
张力控制器在变频器中的应用
张力控制器在变频器中的应用在丙纶纺粘无纺布后处理联合机中，无纺布首先经过扩散风道牵伸，然后在铺网机上成网以后，用预压辊进行第一次成型，再用热轧机进行第二次成型，第二次成型热轧机可以根据用户的要求轧出不同的花纹，来满足市场的需要，第二次成型的无纺布再通过几道扩幅辊，冷却辊，张力辊等等，最后用收卷机收卷。
收卷效果的好坏，往往处决于热轧机和收卷机之间的张力的恒定，张力控制的稳定，收卷的效果肯定令人满意。
在传统的张力控制方案中，一般都是使用张力控制器，把张力传感器接到张力控器上，作为张力反馈；在张力控制器上设定工艺所需要的张力，作为张力给定；然后张力控制器把给定的张力和反馈过来的张力进行PID运算，最后输出模拟量信号给变频器作为主令信号去驱动负载。
在这种张力控制系统中，不但张力控制器要求相当高，而且对变频器的要求也很高，变频器不仅要有很快的响应时间，还要对模拟量有很好调节的滤波时间。
因此控制成本不但偏高，而且在现场调试时很不方便，所以提出一种用变频器来取代张力控制器对此进行张力控制的方案。
变频器做张力控制方案时比较常见而成熟的有两种选择方式：一是开环张力控制转矩模式；二是闭环张力控制速度模式。
开环张力控制模式不需要张力反馈，系统配置少，但张力控制精度略低，加减速时张力控制效果没有稳速时好。
闭环张力控制模式需要张力反馈，但在整个加减速及稳速运行中都能够保持张力恒定。
鉴于此，我们决定采用张力控制变频器的闭环张力控制模式。
变频器闭环张力控制速度模式时，变频器参数中必须先择F3.06=1。
变频器有三个模拟量输入端子，且每个端子都有各自独立的滤波时间，同时还可以通过功能码设置端子接收的信号类型（电压，电流等）。
张力传感器检测出来的实际张力信号，接在一个张力显示表上，张力表可以把传感器信号转换成不同类型的模拟量信号（0-5V，0-10V，±10V等），然后送给变频器作为张力反馈信号。
假定收卷机实际运行的频率设为F，实际的运行中F=F1+ FPID，F1：为同步频率，在此方案中来源于热轧机变频器的模拟量输出，经过机械传动比，前后压辊，卷筒等参数计算后作为同步频率；FPID 是变频器经过PID运算后得到的计算频率。
张力控制系统中的张力控制与变频
张力控制系统中的张力控制与变频1.力控制原理。
以造纸机的张力控制为例，在图1a)所示的张力控制示意图中，传动电动机M的张力实际值是位于它前面的张力传感器的实际值。
通过检测该处的张力情况，来控制传动电动机M的速度，从而形成一个张力闭环。
电动机M的速度加快，则纸幅拉紧，张力的实际值就会上升；相反，速度降低，则纸幅松垂，张力的实际值就下降。
在这里，纸幅张力的设定值为T设定，实际值为T实际，经过张力控制器（T-控制）的PID调节器后，再乘以3%的偏移量，作为该传动点速度设定值的一个组成部分。
原来传动的速度设定值（V设定）加上该组成部分，就是速度环（V-控制）的输入值，然后即可进行速度控制。
在这里设置3%偏移量的目的就是通过传动速度的改变而使张力得到有效的控制。
图1 张力控制示意图在图1b)所示的张力控制原理中，T-控制就是张力控制模块的实现，包括自动和手动两种方式。
张力控制模块投运前需先检测判定现在的张力实际值是否在可投运的范围之内，否则就不能投运，此时按手动投运按钮或当自动投运信号为“1”时，即进入张力控制模块的循环中。
张力PID模块的退出，它的条件为相关部位检测到断纸信号或按手动退出按钮。
2.力控制软件流程。
这里以某一点的张力控制为例，采用plc语言编程进行张力软件的设计，其示意如图2示。
由此可以推广到多点张力控制中去。
①读取张力设定值。
张力设定值的输入可从工艺控制台上进行，并可通过脉冲开关的动作对设定值微调，以符合实际纸幅稳定运行的需要。
②读取张力实际值。
张力实际值的产生是从PLC的模拟量板中获取的，调用相应的功能块程序。
本过程读取张力的模拟量值后，在输出端得到标准化的量值，并可通过“高限”和“低限”参数来设置量程。
从模拟量输入板读出的模拟量值首先变换为右边对齐的定点数（以标称范围为基础）。
③张力控制投入判断。
张力控制是否投入取决于工艺的需要和纸幅是否已经上卷，纸幅是否断裂，在其他逻辑块中进行手动按钮投入或自动信号投入的设定，以及自动退出。
三菱PLC模拟量控制变频电机恒线速度恒张力
三菱PLC模拟量控制变频电机恒线速度恒张力
在绕卷机和导开机的工作过程中卷轴的直径随着绕卷(或导开)的累积不断变大(或变小)，而且很多场合中需要绕卷的线速度和制品的张力保持稳定。
这就需要卷轴的角速度和转矩随着直径的变化而变化。
例如有一台导开设备，制品由输送带牵引，牵引制品的张力有一根张力检测辊检测，制品导开辊的卷轴有一定阻尼使得制品在导开过程中有一定张力，制品导开的动力由一根带变频电机的垫布绕卷辊提供。
设备大致结构如下图所示
如图所示，在输送带运行的过程中带动其上面的制品向前移动，从而在张力辊上产生一个大约45度角的张力。
根据工艺的要求需要在导开的过程中制品在导开辊上产生一定的张力保证制品有一定的张紧度。
从图中可知，导开制品的速度由垫布绕卷辊控制，且制品的张力也是由垫布绕卷辊来实现的。
那么在垫布上产生的张力F(张力)=F(导开阻力)-F(垫布绕卷)
在这个过程中制品是张紧的，那么如果采用速度控制的方式来实现，则很容易出现张力过大（导开线速度<。
张力控制变频仿真实验系统操作流程
张力控制变频仿真实验系统操作流程变频器张力控制有两种方式，一种是控制电机的输出扭矩，另一种是控制电机的转速。
变频器的开环控制模式符合第一种方式，它不需要张力反馈。
所谓"开环"，是指没有张力反馈信号给变频器，变频器控制输出频率或转矩来达到控制目的，与是否有编码器没有关系。
扭矩控制模式是指变频器控制电机扭矩而不是频率，输出频率根据速度自动改变。
如果卷轴的扭矩根据卷径的变化而变化，就可以控制材料的张力，这就是开环张力控制的基本模式。
变频器在闭环矢量控制模式下可以精确控制申机输出扭矩，在这种控制模式下，VED必须安装编码器(变频器带PG卡)。
闭环张力控制模式在开环的基础上增加了张力反馈调节器。
利用张力反馈信号和张力设定值形成PID闭环控制，来调整VFD输出的扭矩指令，实现更高精度的张力控制。
大多数公司的变频器都有标准的张力控制算法。
它们有适合数字半径计算类型或线速随动装置-直径反馈类型或线速随动装置张力调节或线速随动装置舞动辊位置调节等的内置块，以乃更多的配置。
在机器上适应的材料和工艺以及最终的输出要求将决定选择的配置和适应的机械，以及最后配置和调整的控制块。
变频器张力控制的典型应用:申线申缆、光纤申缆、纸张加工、印染、纺织、皮革、金属箔加工等。
变频系统张力控制应用
变频调速系统的张力设计1 引言在工业生产的很多行业中，都需要进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品质量。
这些行业如造纸、包装、印刷、染整、线缆、纤维、橡胶等片材、线材和带材的加工和制造。
从行业的发展趋势看，张力系统在很多应用领域中是控制产品质量和生产效率的重要因素，并将得到越来越多的重视。
2 典型的张力控制系统图1所示为典型的张力控制收卷和放卷示意图。
1:电机 2:磁粉离合器 3:收卷芯 4:传动轮 5:张力检测辊6:张力传感器 7:放卷芯 8:磁粉制动器 9:自动张力控制仪 10:控制器图1 张力控制收卷和放卷示意图张力控制系统，其基本元件包括张力控制器，离合器及制动器。
张力控制可以分成手动控制和自动控制。
手动控制器即稳流，电流是依收料或出料的变化而分阶段手动调整离合器或制动器的激磁电流，从而获得一致的张力。
自动张力控制器由张力传感器检测张力，控制器把张力数据处理后再去自动调整离合器或制动器的激磁电流从而控制卷绕物的张力。
在放卷端，放料的张力是依设于放料组的磁粉制动器的扭矩而定。
在收卷端，收料张力由磁粉离合器的传递扭矩来决定，为要保持固定的张力，须按卷径的大小来加大或减少传递扭矩。
自动张力控制器是以单片机为核心的一种新型智能张力控制器，其响应速度快，控制精度高，led数字显示张力值，手动/自动两种状态能缓冲无断点切换，使运转更加平滑；在自动状态下如卷绕物意外断裂或整机停机，该控制器能自动保持断点时的张力。
自动张力控制器启动后自动进入手动状态，而后如果触发手动/自动键，则自动灯亮，控制器进入自动状态。
再触发则又返回到手动状态。
在手动状态下，可以在额定范围内调节输出电流的大小，同时可以观察到实际张力的大小的变化。
同时可以调节设定张力的张力值，当有加调节键或减调节键按下时，设定张力将改变。
无论在手动状态或自动状态，如果按下存储键，则把当前的设定张力值和加载电流值保存，即使断电后，仍被存储。
当系统复位或重新启动时，设定张力和输出电流将自动恢复成存储值。
张力控制变频器安全操作及保养规程
张力控制变频器安全操作及保养规程前言张力控制变频器是现代化的一种调速控制装置，广泛应用于机械制造、纺织印染、电子电气、化工等领域。
它具有降低能耗、提高生产效率、控制精度高等优点。
为确保张力控制变频器的正常工作，需要注意安全操作和保养，本文将对张力控制变频器的安全操作和保养规程进行详细介绍。
安全操作规程1. 电气安全•使用产品前，必须保证电源线接地可靠。
•非专业人士请勿拆卸，变频器内部存在高电压部分，若操作不当可能会导致触电事故。
•避免在潮湿、易燃、易爆、尘土较多的场所使用。
2. 运行安全•在开机前应查看各部件是否正常，特别是传动部分是否润滑，螺栓是否松动，电缆接头是否牢固。
•启动时需要逐步增加电机转速，不可一下子增加到最高速。
•使用过程中如遇到异常情况，应立即停止使用，查明原因后再启动。
•禁止进行超负载操作，以免导致设备故障。
3. 温度安全•长时间使用后变频器表面会有一定温度，不要触摸变频器表面，以防烫伤。
•变频器在高温、潮湿环境下会导致设备故障，需要选择通风良好的场所。
保养规程1. 外观清洁•定期对变频器进行外部清洁，要使用软质布擦拭，勿用含酸、碱等化学成分的清洗剂。
•保持通风良好，避免灰尘等杂物进入变频器内部。
2. 维护电气部分•定期检查电缆接头是否松动，电缆是否损坏，接地是否正常。
•检查变频器内部电容器是否老化，如发现变异应立即更换。
•保障变频器用电池电压稳定和更换周期。
3. 维护机械部分•定期检查机械部分润滑情况，加入适量的润滑油。
•定期检查皮带张力，及时调整或更换损坏的皮带。
•定期检查各螺钉紧固情况，以保证设备牢固安全。
结语以上就是关于张力控制变频器的安全操作和保养规程的介绍。
遵守规程，加强维护，不仅可以节约能源，提高生产效率，更可以延长设备寿命，减少维修次数的发生，为设备的长期稳定运行保驾护航。
张力控制的目的就是保持线
张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。
速度模式下的张力闭环控制速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。
首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。
同步匹配频率指令的公式如下：同步匹配频率指令的公式如下F=（V×p×i）/（π×D）其中：F变频器同步匹配频率指令V材料线速度p电机极对数（变频器根据电机参数自动获得）i机械传动比D卷筒的卷径变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。
这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。
这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。
若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。
转矩模式下的张力控制一、转矩模式下的张力开环控制在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。
但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。
转矩的计算公式如下：T=（F×D）。
/（2×i）其中：T变频器输出转矩指令F张力设定指令i机械传动比D卷筒的卷径电机的转矩被计算出来后，用来控制变频器的电流环，这样就可以控制电机的输出转矩。
控制电机的输出转矩。
控制电机的输出转矩所以转矩计算非常重要。
这种控制多用在对张力精度要求不高的场合，在我鑫科公司就有广泛的应用。
如精带公司的脱脂机、气垫炉的收卷控制中都采用了这中控制模式。
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作者：中达电通股份有限公司上海浦东分公司李强摘要：本文主要介绍了张力控制变频收卷的控制原理，此技术能够使得在纺织行业中收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大;大卷启动时松纱的现象。
关键词：变频收卷张力控制闭环矢量卷径计算1 前言用变频器做恒张力控制的实质是闭环矢量控制，即加编码器反馈。
对收卷来说，收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转距要由小到大变化。
同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿。
即小卷启动的瞬间、加速、减速、停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大;大卷启动时松纱的现象。
2 张力控制变频收卷在纺织行业的应用及工艺要求2.1 传统收卷装置的弊端纺织机械如:浆纱机、浆染联合机、并轴机等设备都会有收卷的环节。
传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是一年左右。
而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的,不仅浪费人力而且维护费用很高,给客户带来了很多的不便。
尤其是纺织设备基本上是开机后不允许中途停车的，如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。
在这种情况下，张力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统，系统框图如图1所示。
图1 系统构成及系统框图2.2 张力控制变频收卷的工艺要求（1）在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。
张力的单位为:牛顿或公斤;（2）在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱;大卷启动时不能松纱;（3）在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现;（4）要求将张力量化，即能设定张力的大小（力的单位），能显示实际卷径的大小。
2.3 张力控制变频收卷的优点（1）张力设定在人机上设定，人性化的操作;（2）使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加;张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等;（3）卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。
并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值;（4）因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。
如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。
而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。
而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好;（5）在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。
改造周期短，基本上两三天就能安装调试完成;（6）克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。
方便维护设备。
3 变频收卷的控制原理3.1 卷径的计算原理根据V1=V2来计算收卷的卷径。
因为V1=ω1×R1, V2=ω2×Rx。
因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的纱的长度是相等的。
即L1/Δt=L2/Δt，Δn1×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---收卷编码器的圈数)。
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。
3.2 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。
（1）在加速时还要加上加速转矩;（2）在减速时要减去减速转矩;（3）停车时，因为是通过程控减速至设定的最低速，所以停车转矩的补偿同减速转矩的处理。
3.3 转矩的补偿标准（1）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。
（2）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。
（3）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。
3.4 计算公式（1）已知空芯卷径Dmin=200mm,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(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;（2）因为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。
=>2Hz/5Hz=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。
（3）张力及转矩的计算如下:如果F×D/2=T/I=>F=2×T×i/D对于22kW的交流电机,其额定转矩的计算如下:T=9550P/n=>T=140N.m。
所以Fmax=2×140×9/0.6=4200N.m。
(其中P为额定功率,n为额定转速)。
4 调试过程（1）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。
（2）将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的圈数。
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。
因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近波动的。
（3）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，电机的转矩特性很差，会出现抖动的现象。
（4）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，进行一定的转矩补偿。
补偿的大小，以电机额定转距的百分比来设定。
5 真正的张力控制所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。
反应到电机轴即能控制电机的输出转矩。
真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。
而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到像真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。
肯定会影响产品的质量。
6 变频收卷对变频器性能的要求（1）变频收卷的实质是要完成张力控制，即能控制电机的运行电流，因为三相异步电机的输出转矩T=Cm φmIa，与电流成正比。
并且当负载有突变时能够保证电机的机械特性曲线比较硬。
所以必须用矢量变频器，而且必须要加编码器闭环控制。
（2）市场上能进行张力控制变频收卷的变频器主要有: 安川、艾默生、伦茨等。
台达V+系列的变频器正在推出自己的收放卷专用的变频器，总结收放卷专用变频器的很多主要功能和参数并且加入了自己的算法，具有自己的特点，加上台达在全国的联保服务能够解决客户的后顾之忧。
应该是客户不错的选择。
本文摘自《变频器世界》。