西门子PLC模块6ES7518-4TP00-0AB0
1 引言
铝箔纸压花机是针对纸张深加工而开发研制生产的一种高科技设备，主要用于各种纸张、印后纸张、铝箔纸等材料的压花、分切及复卷 ，广泛地应用于印前、印后纸张等材料的深加工工业。压花形式为气压式卧压辊压花 ，花纹深度一致； 花辊可根据需要随时更换花型；收放卷有采用磁粉离合器及制动器方式，也有采用变频器控制的方式，操作十分简便，整机张力高度恒定控制。铝箔纸压花机整机参见图1。
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2 压花工艺原理
原料为圆柱状铝箔纸压花卷材安装到放卷辊上，卷材通过雕花滚筒模具的压制，将事先要求的图案压在铝箔纸上，然后通过收卷辊收卷成为圆柱形成品。成品卷取采取的方式是通过台达DOPA58CSTD触摸屏来设置初始力矩（放卷变频器以及收卷变频器），然后依靠PLC（台达DVP16ES00R）编程设计规划好的程序来检测线速度以及收放卷卷径的大小，通过卷径的不同变化来改变给定变频器的速度控制信号，补偿卷径变化引起的力矩变化，实现恒转矩成品卷曲。收卷变频器和放卷变频器工作在转矩控制模式，压花变频器工作在开环矢量模式。原理示意图如图2所示。
图2 卷取原理示意
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3 台达力矩变频电气设计
客户处的铝箔纸压花机设计时的高线速度160米/分，台达推出的VE系列变频器功能和性能上完全能够实现恒转矩控制，通过调整参数以后机器已经能够正常运行，并且效果让客户也很满意。
3.1 电机规格
力矩放卷电机：ABB QABP160M6A 380V/17.9A/5-50HZ恒转矩50-100恒功率/7.5kw，电机风扇380VAC，电机轴端编码器+12V/A/B/512ppr。 压花电机：曲阜金升电机380V/11.5A/50HZ/5.5KW/4极/5-50HZ恒转矩50-100恒功率，电机风扇380VAC
力矩收卷电机：ABB QABP132M4A 380V/7.5KW/15.8A/50HZ/5-50HZ恒转矩50-100恒功率，电机风扇380VAC，电机轴端编码器+12V/A/B/512ppr。
3.2 台达恒转矩传动控制系统配置
台达触摸屏DOPA58CSTD；
PLC台达DVP16ES00R（配套扩展4DA/4AD模块）；
放卷变频器VFD075V43A-2（配套制动电阻780W/75ohm）；
收卷变频器VFD075V43A-2（配套制动电阻780W/75ohm）；
压花变频器VFD055V43A-2（配套制动电阻520W/100ohm）。
3.3电气原理设计
电气原理参见图3：电气接线图。
图3 电气接线图
（1）收卷驱动。收卷机构中使用5.5kw电机+VFD055B43通用型矢量控制高性能变频器来完成收卷动作，变频器的运行频率命令由plc来给定，排线采用台达伺服完成。
（2）张力调节。张力调节机构中采用气压来控制张力大小，丝线缠绕在两个滚轮上4圈；滚轮同时带动一个测速发电机，当高线速度为25m/s时，测速发电机电压输出110vdc，再通过一个分压电阻转换为10vdc提供给plc作为线速度来源信号；两个滚轮间大行程为750mm，行程发生变化时能够提供0-10vdc的电压信号作为实际张力大小的反馈量。
（3）放卷驱动。原放卷机构采用直流电机+欧陆590调速器来实现，运转信号和张力大小由plc来给定；放卷棍大卷径为760mm，小卷径350mm，机械减速比1：1.8（电机侧滚轮直径为200mm，负载侧滚轮直径为360mm）。本设计使用台达卷取工艺客制化专用变频器VFD220B43W来替换欧陆590直流调速器做放卷控制，这样除了能够省去直流电机的高维护成本，还能够提高高线速度（直流调速时为被动放卷，高线速度18m/s；改为变频器做主动放卷，高线速度25m/s），从而提高工作的效率。
当线速度达到高25m/s时，收卷变频器高频率需要工作到99Hz；目前收卷变频器的加速时间为30s，减速时间为20s。放卷电机为22kw，采用220B43W变频器来驱动，没有使用编码器，通过计算，放卷变频器的高工作频率设置在100hz就能够满足要求。
由于台达BW系列变频器具有收放卷专用控制功能，不需要依靠PLC就能够完成恒张力控制，具有自动卷径计算以及PID自动调整功能，所以在此系统中能够独立完成对放卷动作的控制，取代直流调速。
2.2基于台达变频器的张力控制
基于台达变频器的张力控制系统设计如图3所示。具有收放卷专用控制功能变频器VFD220B43W的AVI端子接受张力棍的张力输入信号，经过变频器内部的预设张力平衡参数比对计算，对张力误差做出放卷速度的独立张力实时控制。
图3收放卷专用控制型变频器张力控制系统
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3 张力变频器参数调试
3.1预设基础参数
将电机铭牌上的参数写入到变频器内部（额定频率，额定电压，额定电流）；将高操作频率设置为100hz；将控制模式改为恒张力控制模式；（10-21）；将外部机械齿轮比设置到参数中；（10-23电机侧轴端转盘直径/10-24负载侧轴端转盘直径）；设置线速度来源以及张力反馈来源；（10-37/10-27）；设置张力平衡点位置；（10-26）；根据外部反馈的实际张力信号，来选择是正反馈还是负反馈；（10-35）；根据实际情况设置大卷径，小卷径，以及当前卷径；（10-43/10-44/10-54）
3.2调整线速度
先设定好高线速度。由于此系统中线速度是通过测速发电机提供，而其信号高为110VDC，所以在实际运转过程中需要接入一个分压电阻将信号转为10VDC，客户端选用的分压电阻为可旋电阻，所以每次新设备调试都需要重新调整电阻位置。线速度调整是否正确可以通过实际运行过程中计算出来的当前卷径是否和实际相符来判断，如果两者相差很大，表示电阻位置不正确，需要重新调整。（10-38）
3.3PID闭环参数
在正确线速度的前提下，分别在满卷径和空卷径时选择合适的P/I/D值，如果满卷径和空卷径选择的数据相差不大，可以共用一组PID参数；如果两者相差很大，可以将两组PID参数都设置进去，然后选择PID调整方式为根据卷径自动调整法。（一组PID时设置参数为10-29/10-30；如果设置两组PID参数，则大卷径参数为10-32/10-33，小卷径参数为10-29/10-30，此功能通过10-28=0/2来选择）