TD3300在铝箔制造业中改造的应用

此次改造的项目为大连黄海铝加工厂铝箔生产线，本次工程改造采用艾默生TD3300-4T0370G张力专用变频器与TD2000-4T1320G通用变频器。TD3300用作系统的收卷部分，TD2000 用于系统的主轧机部分。改造前，主轧机采用交流电机，收卷部分采用力矩电机，存在以下缺点：

1）工作效率低，需要经验丰富的操作人员进行操作；

2）电机需要经常进行维护，极易损坏；

3）电机的造价高。

但采用了TD3300 后克服了以上的缺点，大大提高了生产的效率，驱动的交流三相异步电机无论在价格和适应环境上均超过了直流电机，为厂家带来了更多的方便。

2 改造方案的选择

张力控制就是在收、放卷过程中为了保持线材上的张力恒定，使线材不被拉断或发生松弛现象而构建的系统。

在TD3300中，关于张力的控制可分为：

1）张力闭环控制方式1（速度模式）；

2）张力开环控制方式；

3）张力闭环控制方式2（转矩模式）。

以上三种控制方式分别是根据机器的内部计算模块或PID模块，调整变频器的输出转矩来实现的。

在本次改造中如果采用张力闭环控制时需要外加张力检测装置，由于铝箔本身具有一定的硬度，所以不便于张力的检测。因此采用了张力开环控制方式，不需要加张力检测装置，但需要安装测速编码器，用来提高控制的精度。精度可以达到±0.05%。

3 电气应用方案

针对控制方式的要求，对变频柜进行了改造设计。

TD3300 安装于柜内，TD2000-4T1320G 外置。主速度由TD2000进行给定，通过FM,GND与TD3300 的AI1,GND相连接，进行信号传输。在安装时，采用了屏蔽线，以保证信号不受外界的干扰。对于控制回路部分，变频器的运行信号是通过（FWD—COM）端子来进行控制。其中，轧机的速度给定是通过（X2,X3）多功能端子进行设置，分别为：主机的加速（X2），主机的减速（X3）控制。（AM-ND）端子与电流表A1 相连接，用来监测主机的运行电流，方便现场人员进行操作。TD3300的运行命令来源与TD2000的控制方式相同。采用外部FWD-COM进行控制。

收卷机在带料的时候需要一步步缓慢启动，将（X1）端子设定为点动运行。因为整套系统是工作在张力开环控制下的，有卷径计算，所以在工作完毕后需要把卷径复位，故将（X2）端子设定为卷径复位功能。（10V-AI2-GND） 电位计给定，作为张力的设定。（AO1-GND）外接张力表，用来观察设定的张力。（TA-TC），（PA-PC） 继电器输出，当变频器故障时，TA-TC，PA-PC 闭合，可以通过外部的继电器进行连锁控制，如声光报警等。

必须注意,编码器信号线的连接方式，要与编码器的型号相对应, 并且要正确的设置CN4 短路块的位置。在这套系统中，由于电机与电控柜之间的距离较长，所以在选择编码器的时候考虑到了信号衰减的问题，因此决定选用了Koyo的推挽式输出的编码器。将码盘的+V 接到变频器的PGP 端子上0V 与COM 相连，A与A+,B 与B+相连。最后要把变频器的A-,B-,COM短接在一起，把CN4跳线跳到DI侧。

4 调试的步骤

张力的开环控制方案是由设定的张力和卷筒的卷径,计算出电机输出转矩（T=F×R）作为变频器的转矩指令。调试前应先确定张力给定的来源和所要卷曲的卷径大小。张力给定是通过外部电位计（10V,AI2,GND）获得的。而卷径是不断变化的，在TD3300 中可以通过卷径的计算来获得，非常方便。

矢量型变频器的调试与通用型变频器有所不同。

首先，要对电机铭牌参数及机械传动比进行正确的设置：

F1.00=机械传动比；

F1.01=电机额定功率；

F1.02=电机额定电压；

F1.03=电机额定电流；

F1.04=电机额定频率；

F1.05=电机额定转速；

F1.06= 电机的过载保护方式（普通电机，变频电机）。

然后，将参数（F1.09=1,F1.10=1）进行电机自调整。调整完毕后，变频器将电机数据自动保存在（F1.11-F1.16）中。注意的是调整时应将电机轴脱离负载。变频器安装了编码器，所以在电机调整完后，应正确的设置编码器参数Fb组。设置完成后，要先在速度控制模式下试运行。

试运行过程中，发现变频器经常出现过流、过载的现象。而且，在直接进入转矩模式下，发现电机出现一会儿正转，一会儿反转的现象。由于现场没有示波器，无法检查脉冲输出。但根据现场经验有可能是编码器与电机轴连接不够牢固，造成不同轴产生的。将风扇打开后发现电机轴与编码器的连接器已经发生松动，所以，将编码器接头与电机轴焊接在一起，以消除不同轴现象。处理完后电机可以正常启动。

第二步，确定输出转矩的方向，在TD3300中是通过张力方向来确定（F8.17）,在此系统中TD3300 作为卷机，所以（F8.17=1）转矩方向设为反向。

第三步，对张力控制各项参数进行设置，先建立起一个初步的张力控制系统。（F3.06=3）选择张力开环控制模式。然后确定卷曲模式（F8.00=0）收卷模式。张力的设定是通过外部电位计设定的（F8.01=2 参看图2）。通过计算得出要卷曲的材料最大张力为3.5kN，所以将最大张力设定为4kN,方便现场人员进行操作。最后进行两机通讯的设置FC.00 线速度的输入通道选择，注意的是，TD2000的FM端子输出得是频率信号，所以要在TD2000 里把参数F144 设定一个线速度系数（线速度与频率成正比）。这样，TD2000与TD3300才可以正常通过线速度进行给定。设置完毕后，先不要加入卷径计算（F8.08=0）在空卷下调试。

第四步，由于采用张力开环控制，所以先不加惯量补偿进行调试，但发现在张力设定为0 的时候，卷机系统仍然飞速旋转。将（F3.11= 转矩切换时间，F3.12= 转矩变化时间）设定为实际值。再试验，效果还是没有改观。于是只好再次检查各项参数的设置，发现（F3.07=电动转矩限定选择）为AI2 限定，因为AI2 作为张力设定，故在起动时电位计设为0，导致电动转矩限幅也为0，因此导致系统的故障。后将（F3.07=0）数字限定，故障消除。系统在启动、恒速时张，力控制正常。

正常后，加上系统惯量补偿。将F2.21=1 启动调整。变频器会自动辨识系统惯量。在现场进行辨识时，机器在加速过程中出现过流，将加减速时间延长，消除了过流现象。机器两次加减速到40Hz后，获取的系统惯量补偿系数和摩擦补偿系数，分别存入FC.12和FC.10。

张力控制基本建立完成，经过测试，发现在起动的时候，即机器刚刚进入卷矩控制模式时，张力有些过大，卷材被拉得很紧，很容易造成断材。因为静摩擦力矩补偿是用来克服起动时静摩擦力矩的，所以在操作时，发现把静摩擦系数慢慢调大，系统的起动张力会越来越大。但调试到将近100%时发现起动张力有些柔和。但还是达不到客户的要求。查阅了一下资料后，发现将静摩擦力矩补偿调大是错误的做法。在98%处张力发生柔和现象可能是因为静摩擦力矩补偿过大导致溢出造成的。所以将静摩擦力矩补偿改为原来值。在对系统的惯量补偿进行调节，慢慢降低系统的惯量补偿，发现在进入转矩模式后，张力明显柔和，卷材也不会被拉得很紧了,客户感到满意。

第五步，放开卷径计算（F8.08=1）。卷径是通过线速度来计算的，方程式

D=（i×v）/（π×n）

式中：D：所求卷径；i：机械传动比；v：线速度；n：电机转速。

F8.09= 卷径最大值；F8.10= 空心卷径；F8.11= 初始卷径；都设定为实际值，使卷径计算达到准确。

最后加入张力锥度控制，因为，在卷曲过程中，卷径不断增大会增加卷曲部分材料的惯性，同时增大了张力，使线材的张力不稳定，造成版面的皱褶。所以需要材料张力随着卷径的增大而相应的降低，以使材料版面达到更好的效果。张力锥度控制是通过机器内部计算来完成的。非常方便，只要将张力系数设定为实际数值既就可以了。

以上为TD3300在铝箔生产上采用张力开环控制的参数调制步骤，把卷曲过的材料进行开卷后检查，感觉版面的效果很好，客户非常满意。达到了直流电机在四象限运行的效果。而且为客户节省了很多生产成本，低了生产造价。

5 结论

现代交流变频器已经不止是在风机，水泵上应用，而是扩展到了生产领域的各个方面。TD3300张力专用型变频器，就是一个通过控制转矩电流的高性能变频器。它内置丰富的控制方式，满足了生产过程的要求，也使客户感觉性价比很不错。