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丹佛斯FC302系列驅(qū)動(dòng)器在真空鍍膜機(jī)上的應(yīng)用
The Application of Danfoss FC302 Series Driver in Vacuum Coating Machine
摘要：懸浮式高真空卷繞式鍍膜機(jī)是包裝工業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其卷繞控制對(duì)張力精度、加減速時(shí)間要求都很高。丹佛斯FC302系列伺服性能驅(qū)動(dòng)器加上新一代MCO305高速運(yùn)動(dòng)控制器，能以分布式的方式實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)速檢測和卷徑計(jì)算，并提供高精度的轉(zhuǎn)矩控制，很好地滿足了真空鍍膜機(jī)的卷繞控制要求。本文就丹佛斯FC302系列驅(qū)動(dòng)器在真空鍍膜機(jī)上的應(yīng)用加以詳細(xì)論述。
關(guān)鍵詞：中心卷繞 張力控制
Abstract: Suspending high vacuum rolling filming machine is one of the key equipment in package industry. It request high tension precision and fast acceleration. FC302 series high performance driver add MCO305 motion control card can fast calculate the speed and the roll diameter by distributed mode, provide high precision torque control performance. It can satisfy the request of winding control. The thesis describing the application of Danfoss FC302 series driver used in high vacuum rolling filming machine in details.
Keywords: E-CAM Mark Fixed Length Cut
引言：懸浮式高真空卷繞式鍍膜機(jī)的卷繞控制要求高精度的轉(zhuǎn)矩控制，以前一般采用直流驅(qū)動(dòng)，但是隨著交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在逐步采用交流永磁同步伺服電機(jī)或交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。丹佛斯FC302系列驅(qū)動(dòng)器具有伺服級(jí)的驅(qū)動(dòng)性能，驅(qū)動(dòng)交流異步電機(jī)也有實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩控制，為這個(gè)行業(yè)提供了一種易用的解決方案，用戶只需要設(shè)置幾個(gè)簡單的參數(shù)，就能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，操作和調(diào)試也非常簡便。
一、懸浮式高真空卷繞式鍍膜機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：
圖1、高真空卷繞式鍍膜機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
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圖1為3驅(qū)動(dòng)懸浮式高真空卷繞式鍍膜機(jī)的典型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中：
M1為冷卻輥，直徑恒定，由一臺(tái)FC302驅(qū)動(dòng)，冷輥的速度即為鍍膜的線速度。
M2為收卷輥，中心卷繞，直徑逐步變大，由一臺(tái)FC302驅(qū)動(dòng)，提供收卷張力。
M3為放卷輥，中心卷繞，直徑逐步變小，由一臺(tái)FC302驅(qū)動(dòng)，提供放卷張力。
冷卻輥和收卷輥的轉(zhuǎn)向是固定的，但是放卷輥由于卷筒卷繞方向不同，工作時(shí)有正、反兩種轉(zhuǎn)向，對(duì)應(yīng)反、正兩種轉(zhuǎn)矩。
真空鍍膜機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：
1. 由于真空室狹小，無法安裝張力檢測裝置，所以收、放卷張力完全要靠收、放卷驅(qū)動(dòng)的電機(jī)直接控制。因此收、放卷驅(qū)動(dòng)器都工作于轉(zhuǎn)矩工作模式。對(duì)于較輕較薄的材料，收卷還必須有張力錐度功能。
2. 由于工藝方面的原因，起主傳動(dòng)作用的冷卻輥上沒有壓輥，因此冷卻輥只能靠摩擦力帶動(dòng)薄膜；收、放卷張力相差較大時(shí)，薄膜很容易在冷卻輥上打滑。如何防止打滑是驅(qū)動(dòng)控制方面的難題。
二、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
收卷用丹佛斯FC302+MCO305，MCO305上有主、從兩個(gè)編碼器接口，主編碼器接口信號(hào)來自冷卻輥電機(jī)編碼器，負(fù)責(zé)采集線速度信號(hào)；從編碼器信號(hào)來自本機(jī)電機(jī)編碼器，采集本機(jī)轉(zhuǎn)速，并作磁通矢量控制的反饋源。
放卷的配置與控制方法與收卷的基本相同。
冷卻輥控制相對(duì)比較簡單，主要負(fù)責(zé)恒線速度控制與計(jì)米。
PLC負(fù)責(zé)一般的數(shù)字邏輯控制，所有計(jì)算全部在運(yùn)動(dòng)控制器MCO305內(nèi)完成。運(yùn)動(dòng)控制器MCO305的詳細(xì)資料請(qǐng)參見參考文獻(xiàn)[2]。
卷徑計(jì)算：
根據(jù)線速度相同原理：  可以推算收卷卷徑和放卷卷徑。
收卷張力錐度控制：
有了當(dāng)前卷徑值，和張力錐度設(shè)定值，就能計(jì)算當(dāng)前張力。張力與卷徑的關(guān)系如圖3所示，當(dāng)張力錐度為0時(shí)，張力保持恒定不變，相當(dāng)于恒張力控制；當(dāng)張力錐度為100%時(shí)，卷徑每增大1倍，張力就下降一半，相當(dāng)于恒轉(zhuǎn)矩控制。
計(jì)算公式如下：  
其中：D為當(dāng)前卷徑
Dmin為最小卷徑
Tap為張力錐度
Tref為追小卷徑時(shí)的張力錐度參考值
當(dāng)Tap=0時(shí)，Ttap = Tref
當(dāng)Tap=1時(shí)，Ttap =  加減速轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩：
為了實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制，程序中還必須加入摩擦轉(zhuǎn)矩和加減速轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。
加速轉(zhuǎn)矩Tβ = β×J
其中,β為角加速度；
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J = 
三、結(jié)束語：
現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行證明丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器+MCO305運(yùn)動(dòng)控制器的解決方案完全能夠滿足真空鍍膜機(jī)的卷繞控制要求。整機(jī)加減速速度超過原來的控制方式，大大減少了原材料的浪費(fèi)。控制系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)設(shè)置都比較方便。最令客戶滿意的是電機(jī)可以采用比較經(jīng)濟(jì)的交流異步電機(jī)，在張力控制精度要求更高的場合才需要升級(jí)使用交流永磁同步電機(jī)。由于FC302既能驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，又能驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)，系統(tǒng)升級(jí)時(shí)只需簡單地更換電機(jī)即可。
參考文獻(xiàn)
[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss
[2] MCO305 Design Guide. MG33L502. Danfoss
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