臺達VFD—V型變頻器在平網(wǎng)印花機上的應(yīng)用

平網(wǎng)印花機機械部分包括：電機，減速機，齒輪，皮帶，皮帶輪，印花網(wǎng)框，印花網(wǎng)框支架，電磁鐵基座，刮刀，磁棒等?？刂撇糠植捎门_達DVP32EH00TPLC， 臺達DOP-A57CSTD觸摸屏；臺達VFD-V型7.5KW變頻器, 2000線編碼器。

平網(wǎng)印花機的工作原理：電機在變頻器的驅(qū)動下，經(jīng)過減速裝置及嚙合的齒輪將運動傳遞到皮帶輪，帶動皮帶運動。皮帶走行設(shè)定的距離，停穩(wěn)后，印花網(wǎng)框支架下壓，網(wǎng)框?qū)势掀戒伒拿恚颗蚊砩a(chǎn)前網(wǎng)框位置已經(jīng)過校準）。皮帶下面磁座電磁鐵通電并在導(dǎo)軌上移動，從而帶著網(wǎng)框上的磁棒運動，將網(wǎng)面上的特定顏料印刷到毛巾上，磁座往返運行的次數(shù)可通過觸摸屏設(shè)定。運行完成，網(wǎng)框上抬，皮帶開始運行，進入下一印刷周期。

平網(wǎng)印花機套色是否準確，與皮帶每次走行的距離是否一致密切相關(guān)，而皮帶是由電機帶動的，因此套色是否精準的問題實際上就是定位是否精準的問題。
本次實驗采用了兩套控制方案。

方案1：

臺達VFD-V型變頻器+PG05卡，采用變頻器自身所帶位置控制功能。

具體實現(xiàn)方式：
每一印刷周期PLC向PG05卡發(fā)送定量脈沖信號，PG卡通過接收PLC的脈沖信號以及編碼器返回的脈沖信號決定變頻器輸出頻率的增減。變頻采用矢量閉環(huán)控制，配制動電阻消耗電機反饋能量。通過反復(fù)調(diào)整與定位相關(guān)的變頻器參數(shù),包括：位置控制P增益，轉(zhuǎn)速濾波時間等，每次皮帶運行的距離正負誤差為1毫米,連續(xù)運行13周期后累計誤差為4-5毫米。精度未能達到13周期累計誤差不超過1毫米的精度要求下限。通過實驗我們觀測到，當(dāng)以低頻發(fā)送少量脈沖時，皮帶的走行距離很不穩(wěn)定，同樣的脈沖數(shù)，如：以15HZ發(fā)送50個脈沖，皮帶走行距離為3至9毫米不等。為盡量縮短電機接受低頻脈沖的時間，特將PLC的脈沖發(fā)送加減速時間減小，使電機以較快的速度啟停，此時皮帶運行距離的精度有所提高，每運行周期正負0。5毫米，13周期后累計誤差為2-3毫米，但由于皮帶輪慣量很大，快速停止對設(shè)備機械部分沖擊很大，對齒輪及減速機有損傷，故不允許工作于這一工況。即便如此，還是未能達到最低的精度要求。

基于第一種方案的效果，考慮采用第二種控制方案。

方案2：

編碼器信號直接反饋給PLC，PLC通過高速脈沖計數(shù)，比較并輸出多段速指令給變頻器，變頻采用V/F控制。變頻器設(shè)定兩段速度：60HZ及1HZ。主速給定為0HZ。變頻器在一定脈沖數(shù)內(nèi)輸出60HZ，電機高速運轉(zhuǎn)，超過設(shè)定脈沖數(shù)，切斷高頻輸出，輸出頻率變?yōu)?HZ，電機減速并低速爬行，當(dāng)達到設(shè)定的總脈沖數(shù)，輸出停止，電機停止。由于編碼器反饋的脈沖數(shù)嚴格的與電機轉(zhuǎn)動周期數(shù)，皮帶運轉(zhuǎn)距離對應(yīng)，故通過設(shè)定高速段和低速段的總的脈沖數(shù)來嚴格控制電機走行距離，并在每一周期對PLC計數(shù)器進行清零，使誤差唯一來源為低速1HZ減速到0HZ 時電機慣性。通過進一步降低第二段輸出頻率：0.8HZ，第二段減速時間縮短為0，并將自動穩(wěn)壓功能取消來減短停機時間，同時引入直流制動提高輸出轉(zhuǎn)矩，皮帶運行達到了很好的精度，每周期運行基本無誤差，（不含測量誤差），連續(xù)13周期累計誤差小于0.5毫米。滿足了印花機的精度要求。在這種控制方式下采用V/F控制較矢量開環(huán)控制效果好，原因在于矢量開環(huán)控制下變頻器對作了自適應(yīng)后的電機根據(jù)其電機參數(shù)進行轉(zhuǎn)矩補償，從而使第二段速的輸出頻率根據(jù)負載的變化而變化，因此改變了第二段速減速時間，從而引入了誤差。

在第二種控制方案下，通過在機械上減小齒輪間隙，采用兩級減速（兩個1：10的減速機）。并引入直流制動，很好地克服了磁棒及刮刀對皮帶的拖動作用，基本無走板現(xiàn)象，取得了良好的印刷效果。

從實驗的結(jié)果來看，采用PG卡的矢量閉環(huán)控制未能取得理想的效果，究其原因很可能與設(shè)備轉(zhuǎn)動部分慣量太大,PG卡接受低頻脈沖輸入時響應(yīng)不佳有關(guān)。這種控制方式是否更適合于小慣量場合還需進一步驗證。