内容编辑一．引言
在金属加工、纺织、造纸、橡胶、化工及电线电缆等工业中，当处理一些如纸张、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，这有一个需要解决的问题：如何在卷筒直径从开始阶段至最后阶段逐渐变化的整个过程中，张力和线速度的变化保持在所允许的范围内。以塑料薄膜为例，在放卷、收卷以及供料过程中，薄膜上要保持一定的张力（或者称之为拉伸力），过大的张力会导致料膜变形甚至断裂，而过小的张力又会使薄膜松弛，导致褶皱，这就要求在薄膜的处理过程中要保持恒定的张力，抑制外来干扰引起的张力抖动。安圣裕能源V3300系列变频器以其独特的性能和优越的性价比，在拉丝机各个行业中得到广泛应用。
二．张力控制方案要求
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，对于这两个途径，V3300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，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。开环转矩控制模式就是指没有张力反馈的条件下，变频器仅靠调节电机转矩来达到材料恒张力控制。
根据公式F=T/R（其中F为材料张力，T为收放卷轴的扭矩，R为收放卷的半径），可看出，如果能根据卷径的变化调整放卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，这就是开环转矩模式收放卷控制张力的根据，其可行性还有一个原因是材料上的张力只来源于收放卷轴的转矩，收放卷轴的转矩主要作用于材料上。HD系列变频器在闭环矢量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。
2. 闭环转矩控制模式
闭环转矩控制模式是指在开环转矩控制的基础上再安装张力反馈信号，形成张力控制闭环，这种方式不但能准确控制电机输出转矩还能保持更稳定的张力。
3. 闭环速度控制模式
闭环是指需要张力（位置）检测反馈信号构成闭环调节，速度控制模式是指变频器根据反馈信号调节输出频率，而达到控制目的，速度模式变频器可工作在无速度传感器矢量控制、有速度传感器矢量控制和V/F控制三种方式中的任何一种。该控制模式的原理是通过材料线速度与实际卷径计算一个匹配频率设定值f1，再通过张力（位置）反馈信号进行PID运算产生一个频率调整值f2，最终频率输出为f=f1+f2。f1可以基本使收（放）卷辊的线速度与材料线速度基本匹配，然后f2部分只需稍微调整即可满足控制需求，很好地解决了闭环控制中响应快速性和控制稳定性的矛盾。这种模式下，张力设定部分无效，在PID给定源中设定系统控制的目标值，控制的结果是使张力（位置）的反馈信号稳定在PID的给定值上。特别注意在用位置信号（如张力摆杆、浮动辊）做反馈时，改变设定值（PID给定）不一定能够改变实际张力的大小，改变张力的大小需要更改机械上的配置如张力摆杆或浮动辊的配重。
4.与闭环速度模式有关的功能模块
(1)PID部分：主要在F7组参数中设定。在确定其它部分都设定无误后，最终的控制效果需要调整PID参数。
(2)线速度输入部分：这部分比较重要，有两个作用，一是通过线速度计算变频器的匹配频率，二是可通过线速度计算卷径。
(3)卷径计算部分：计算实际卷径，变频器获取线速度和实际卷径后可以获取变频器的匹配频率。当用线速度计算卷径时，若变频器算得的卷径与实际卷径有偏差，说明线速度输入有偏差，通过卷径计算结果可以修正线速度输入。注意一点的是用线速度和卷径计算的匹配频率值并非变频器的实际输出频率，用线速度和运行频率计算卷径时用到的运行频率是变频器的实际输出频率，所以逻辑上并不矛盾。几种张力控制对比如下表：
| 张力开环转矩 | 张力闭环转矩 | 张力闭环速度 |
典型应用场合 | 只适于开卷及收卷 | 整个工作过程。精度高，抗扰能力强。一台卷曲机处理多种带材，是对张力开环转矩方案的全面优化 | 整个工作过程。高精度要求，抗扰能力强。应用于拉丝机，钢铁高速线材等 |
局限性 | 仅限收/放卷 | 传感器成本较高，且有些场合安装不便 | PID参数有一定依赖 |
系统构成 | 必须安装测速编码器 | 必须安装测速编码器，张力传感器 | 张力检测装置(测速编码器可选) |
成本 | 高 | 最高 | 低 |
变频器工作模式 | 闭环矢量 | 闭环矢量 | 开环矢量（闭环矢量） |
PID | 不选 | 必选 | 必选 |
卷径计算 | 必选 | 必选 | 仅开卷/收卷场合，需卷径计算 |
备注 | 对变频器的转矩精度要求较高 | 对变频器的转矩精 度要求最高 | 1.设置PID参数，可以选择随卷径、频率或线速度调整，使工作全过程取得比较好的控制效果。 2.线速度检测的准确性很重要 |
建议：能使用张力开环控制的场合尽量选用张力开环控制，要求高精度时，尽量采用张力闭环速度控制。
（1）张力开环控制不需要张力反馈，系统结构最简单，能够获得更平稳的张力，但变频器必须选用闭环矢量控制，必须安装测速编码器。张力开环控制只能用于收放卷等末级控制，对于多级连接中间级的张力控制只能选择张力闭环控制方案。张力开环控制需要对转动惯量进行补偿，如果系统转动惯量很大，而所控制的张力很小时，不宜选用张力开环控制。虽然张力开环控制使用场合有限制，但使用张力开环控制可以省却张力反馈装置，使机械系统更简洁，可以不依赖PID参数，张力控制更平稳，所以建议能使用张力开环控制的场合尽量选用张力开环控制。
（2）张力闭环控制（速度模式）需要张力反馈构成闭环，控制效果对PID参数有一定依赖性，但变频器可以选用开环矢量控制，可以不装测速编码器。
三．V3300在拉丝机中的应用方案1. 控制框图
拉伸部分用一台V3000通用型变频器驱动，工作在开环矢量普通速度控制模式，用外部电位器模拟设定频率，AO1功能设置为运行频率模拟输出，0~20mA对应0到最大频率。拉伸部分控制系统的运行速度。
收线部分采用V3300变频器，选用张力闭环控制模式1，卷径计算采用线速度计算法，线速度信号由AI2输入，最高线速度设为拉伸部分V3300运行最高频率时对应的线速度，因为机械原因，铜线在拉伸过程中存在滑差，所以最高线速度应比通过机械计算出的偏低。张力反馈信号由张力摆杆检测，通过AI1输入。设置一个合理的最低线速度参数。
2.闭环速度控制模式收卷变频器接线图
接线端子功能说明：K1点动，K2卷径复位，K3初始卷径选择，K4故障复位，K5运行，K6高速脉冲输入（现场应用选用），AI1张力设定，AI2线速度信号，PG接编码器，TA/TC故障输出。