丹佛斯变频器FC302系列在真空镀膜机上的应用

悬浮式高真空卷绕式镀膜机是包装工业的关键设备之一，其卷绕控制对张力精度、加减速时间要求都很高。丹佛斯FC302系列伺服型驱动器加上伺服永磁同步电机能提供高精度的转矩控制，很好地满足了真空镀膜机的卷绕控制要求。本文就丹佛斯FC302系列驱动器在真空镀膜机上的应用加以详细论述。

 

引言：悬浮式高真空卷绕式镀膜机的卷绕控制要求高精度的转矩控制，以前一般采用磁粉离合器控制，但是随着交流驱动技术的飞速发展，现在逐步采用交流永磁同步伺服电机直接驱动。丹佛斯FC302系列驱动器具有伺服级的驱动性能，能驱动永磁同步电机做高精度的转矩控制，为这个行业提供了一种简单易用的解决方案，用户只需要设置几个简单的参数，就能满足实际生产需求，操作和调试也非常简便。

 

一、悬浮式高真空卷绕式镀膜机的传动结构：

 

 

图1为3驱动悬浮式高真空卷绕式镀膜机的典型传动结构，其中：

 

●M1为冷却辊，直径恒定，由一台FC302驱动，冷辊的速度即为镀膜的线速度。

 

●M2为收卷辊，中心卷绕，直径逐步变大，由一台FC302驱动，提供收卷张力。

 

●M3为放卷辊，中心卷绕，直径逐步变小，由一台FC302驱动，提供放卷张力。

 

冷却辊和收卷辊的转向是固定的，但是放卷辊由于卷筒卷绕方向不同，工作时有正、反两种转向，对应反、正两种转矩。

 

真空镀膜机传动系统的特点：

 

1.由于真空室狭小，无法安装张力检测装置，所以收、放卷张力完全要靠收、放卷驱动的电机直接控制。因此收、放卷驱动器都工作于转矩工作模式。对于较轻较薄的材料，收卷还必须有张力锥度功能。

 

2.由于工艺方面的原因，起主传动作用的冷却辊上没有压辊，因此冷却辊只能靠摩擦力带动薄膜；收、放卷张力相差较大时，薄膜很容易在冷却辊上打滑。如何防止打滑是驱动控制方面的难题。

 

二、控制系统结构：

 

 

收、放卷用丹佛斯FC302变频器，加编码器接口选件卡。主要完成对永磁同步电机的转矩和转速控制。

 

冷却辊电机为异步电机，对驱动器的要求相对简单，仅需速度控制。

 

中央PLC负责系统的集中控制，所有逻辑控制和计算工作都由PLC完成。PLC与驱动器之间采用ProfiNet网络通讯连接，以保证信号的快速传递。

 

三、控制功能：

 

1.永磁同步电机的驱动控制：

 

永磁同步电机磁通矢量控制需要电机转子位置的反馈信号。一般电机反馈装置使用单圈绝对位置编码器或旋转变压器。但是丹佛斯FC302系列驱动器具有最新的技术，能够自动测量永磁同步电机当前的转子角度位置，这样就允许使用市场上比较常见的增量编码器做电机的反馈装置，系统配置极为简化。

 

2.收、放卷电机位置和冷却辊电机位置反馈

 

真空镀膜机除了要求精确的转速、转矩控制之外，还需要计米及计圈。

 

冷却辊电机位置反馈用于计米，收卷或放卷电机位置反馈用于及收放卷卷筒转过的圈数。FC302可以将当前电机位置数据通过ProfiNet传输给PLC，方便计米和计圈计算。

 

3.卷径计算：

 

高速时，根据线速度相同原理：可以推算收卷卷径和放卷卷径。

 

低速时，依靠收卷或放卷转速与冷辊电机的转速比推算收卷或放卷的减速比，精度会变差，因此采用没转一圈增加或减少一个膜厚的办法计算卷径。

 

4.收卷张力锥度控制：

 

 

为了防止收卷时塌芯，要求收卷张力随卷径增加而适当减小。这就是张力锥度控制。

 

有了当前卷径值，和张力锥度设定值，就能计算当前需要的张力。张力与卷径的关系如图3所示，当张力锥度为0时，张力保持恒定不变，相当于恒张力控制；当张力锥度为100%时，卷径每增大1倍，张力就下降一半，相当于恒转矩控制。

 

计算公式如下：

 

 

其中：D为当前卷径

 

Dmin为最小卷径

 

Tap为张力锥度

 

Tref为追小卷径时的张力锥度参考值

 

当Tap=0时，Ttap=Tref当Tap=1时，Ttap= 

 

5.加减速转矩和摩擦转矩：

 

为了实现高精度的张力控制，程序中还必须加入摩擦转矩和加减速转矩补偿。

 

加速转矩Tβ=β×J

 

其中,β为角加速度；

 

转动惯量J=

 

小结

 

现场实际运行证明丹佛斯FC302驱动器的解决方案完全能够满足真空镀膜机的卷绕控制要求。整机加减速转矩运算功能使设备可以实现快速加减速，大大减少了原材料的浪费。控制系统调试和参数设置都比较方便。最令客户满意的是采用永磁同步电机做转矩控制，控制精度超过原来的系统。