在某造紙機(jī)傳動(dòng)中，使用艾默生TD3000來(lái)進(jìn)行張力控制（圖1所示），傳動(dòng)電機(jī)M的張力實(shí)際值是位于它前面的張力傳感器的實(shí)際值。通過(guò)張力控制，能保證紙幅緊度、定量等準(zhǔn)確。現(xiàn)利用艾默生TD3000的轉(zhuǎn)矩控制功能，通過(guò)檢測(cè)該處的張力情況，來(lái)控制傳動(dòng)電機(jī)M的轉(zhuǎn)矩，從而形成一個(gè)張力閉環(huán)。電機(jī)M的轉(zhuǎn)矩增大，則紙幅拉緊，張力的實(shí)際值就會(huì)上升；相反，轉(zhuǎn)矩降低，則紙幅松垂，張力的實(shí)際值就下降。

圖1 張力控制

在操作中發(fā)現(xiàn)：造紙機(jī)生產(chǎn)400g/m²的紙張時(shí)，變頻器的張力控制穩(wěn)定；但是在更換紙品至80 g/m²后，就經(jīng)常出現(xiàn)變頻器E013故障，導(dǎo)致斷紙。

本文將主要討論的就是變頻器過(guò)載排查的基本步驟以及采用不同控制方式來(lái)解決變頻器過(guò)載故障。

通用變頻器過(guò)載的原因

電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)，但運(yùn)行電流超過(guò)了額定值，稱為過(guò)載。變頻器過(guò)載的基本特征是：電流雖然超過(guò)了額定值，但超過(guò)的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流（否則就變成過(guò)流故障），而且過(guò)載是有一個(gè)時(shí)間的積累，當(dāng)積累值達(dá)到時(shí)才報(bào)過(guò)載故障。變頻器過(guò)載的工作機(jī)制如圖2所示。

圖2 變頻器過(guò)載工作機(jī)制

根據(jù)變頻器的結(jié)構(gòu)原理可以知道，變頻器過(guò)載發(fā)生的主要原因有以下幾點(diǎn)：

• 1) 機(jī)械負(fù)荷過(guò)重，其主要特征是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，可從變頻器顯示屏上讀取運(yùn)行電流來(lái)發(fā)現(xiàn)；
• 2) 三相電壓不平衡，引起某相的運(yùn)行電流過(guò)大，導(dǎo)致過(guò)載跳閘，其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運(yùn)行電流時(shí)不一定能發(fā)現(xiàn)(因很多變頻器顯示屏只顯示一相電流)；
• 3) 誤動(dòng)作，變頻器內(nèi)部的電流檢測(cè)部分發(fā)生故障，檢測(cè)出的電流信號(hào)偏大，導(dǎo)致過(guò)載跳閘。

而對(duì)于變頻器過(guò)載故障的檢查方法和解決對(duì)策包括以下兩點(diǎn)：

1) 檢查電動(dòng)機(jī)是否發(fā)熱，如果電動(dòng)機(jī)的溫升不高，則首先應(yīng)檢查變頻器的電子熱保護(hù)功能預(yù)置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應(yīng)放寬電子熱保護(hù)功能的預(yù)置值。

如果電動(dòng)機(jī)的溫升過(guò)高，而所出現(xiàn)的過(guò)載又屬于正常過(guò)載，則說(shuō)明是電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷過(guò)重。這時(shí)，應(yīng)考慮能否適當(dāng)加大傳動(dòng)比，以減輕電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大傳動(dòng)比。如果傳動(dòng)比無(wú)法加大，則應(yīng)加大電動(dòng)機(jī)的容量。

2) 檢查電動(dòng)機(jī)側(cè)三相電壓是否平衡，如果電動(dòng)機(jī)側(cè)的三相電壓不平衡，則應(yīng)再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如也不平衡，則問(wèn)題在變頻器內(nèi)部。如變頻器輸出端的電壓平衡，則問(wèn)題在從變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的線路上，應(yīng)檢查所有接線端的螺釘是否都已擰緊，如果在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間有接觸器或其它電器，則還應(yīng)檢查有關(guān)電器的接線端是否都已擰緊，以及觸點(diǎn)的接觸狀況是否良好等。

造紙張力變頻器過(guò)載的排除

對(duì)于本次張力變頻器過(guò)載可以采用圖3的艾默生變頻器過(guò)載故障定位方式進(jìn)行排除。由于造紙工藝發(fā)生改變，但是紙張的克重從400g/m²降至80 g/m²，顯然可以排除負(fù)載過(guò)大問(wèn)題。

圖3 艾默生過(guò)載故障定位

因此，懷疑此次張力變頻器過(guò)載的原因出在變頻器參數(shù)上。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙發(fā)現(xiàn)：張力變頻器利用了直接轉(zhuǎn)矩控制功能，如圖4所示。

圖4 直接轉(zhuǎn)矩控制功能

在這里，紙幅張力的設(shè)定值為T設(shè)定，實(shí)際值為T實(shí)際，經(jīng)過(guò)張力控制器(T-控制)的PID調(diào)節(jié)器后，直接進(jìn)入TD3000變頻器的M－控制（即轉(zhuǎn)矩控制）模式。但是，變頻器的轉(zhuǎn)矩控制能順利進(jìn)行，必須使得變頻器額定輸出轉(zhuǎn)矩相對(duì)比較大（如20％以上），這樣相對(duì)轉(zhuǎn)矩變化量就可以得到控制。

然而當(dāng)紙幅克重一下子從400g/m²下降為80 g/m²后，變頻器的轉(zhuǎn)矩輸出也頓時(shí)下降，這樣一來(lái)轉(zhuǎn)矩控制的效果就大打折扣，加上TD3000的轉(zhuǎn)矩控制精度只有±5％（通用變頻器的轉(zhuǎn)矩控制精度本身就不如速度控制精度），就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩“打噎”和“急加速或急減速”這樣兩極分化的顯現(xiàn)，最終出現(xiàn)E013變頻器過(guò)載。

由此可以看出，本案例的故障在于控制方式的選擇必須符合生產(chǎn)實(shí)際。因此，將“轉(zhuǎn)矩控制”切換“速度控制”，如圖5所示。

圖5 張力控制和速度控制

新控制方式通過(guò)張力實(shí)際情況來(lái)控制傳動(dòng)電機(jī)M的速度，從而形成一個(gè)新的張力閉環(huán)。電機(jī)M的速度加快，則紙幅拉緊，張力的實(shí)際值就會(huì)上升；相反，速度降低，則紙幅松垂，張力的實(shí)際值就下降。經(jīng)過(guò)張力控制器(T-控制)的PID調(diào)節(jié)器后，再乘以3％的偏移量，做為該傳動(dòng)點(diǎn)速度設(shè)定值的一個(gè)組成部分。

原來(lái)傳動(dòng)的速度設(shè)定值(V設(shè)定)加上該組成部分，就是速度環(huán)(V-控制)的輸入值，然后即可進(jìn)行速度控制。在這里設(shè)置3％偏移量的目的就是通過(guò)傳動(dòng)速度的改變而使張力得到有效的控制。

由于轉(zhuǎn)矩控制方式是在有速度傳感器矢量控制的方式下才能實(shí)現(xiàn)，因此只需要將轉(zhuǎn)矩控制消除就可以了，其他參數(shù)基本不變，包括電機(jī)參數(shù)辨識(shí)等。

F5.01：將“32”改為“0 ”，即無(wú)轉(zhuǎn)矩控制切換功能。

因?yàn)樵瓉?lái)控制模式采用F3.06=0即轉(zhuǎn)矩控制條件有效，并通過(guò)多功能端子X(jué)1來(lái)切換，現(xiàn)在只需要將此功能取消即可。

在圖5的張力控制原理中，T-控制就是張力控制模塊的實(shí)現(xiàn)，包括自動(dòng)和手動(dòng)方式兩種來(lái)進(jìn)行。張力控制模塊投運(yùn)前需先檢測(cè)判定現(xiàn)在的張力實(shí)際值是否在可投運(yùn)的范圍之內(nèi)，否則就不能投運(yùn)，此時(shí)按手動(dòng)投運(yùn)按鈕或自動(dòng)投運(yùn)信號(hào)為“1”時(shí)，即進(jìn)入張力控制模塊的循環(huán)中。張力PID模塊的退出，它的條件為相關(guān)部位檢測(cè)到斷紙信號(hào)或按手動(dòng)退出按鈕。

結(jié)束語(yǔ)

修改參數(shù)后，我們選取了其中的張力點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試（如圖6），其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為張力實(shí)際值的百分比。以斷紙時(shí)間開始（0S），一直處于紙幅斷裂狀態(tài)，則張力實(shí)際值一直為“0”；從44S開始進(jìn)行引紙，隨著紙幅從半幅到全幅，張力實(shí)際值也逐漸快速上升并呈不規(guī)則波動(dòng)；在98S時(shí)，進(jìn)行變頻器速度控制（此時(shí)張力控制模塊進(jìn)行投運(yùn)），因?yàn)槭荘ID控制，先出現(xiàn)明顯的超調(diào)和震蕩，然后超調(diào)量減少，最后張力的實(shí)際輸出值慢慢接近設(shè)定值（67%）。

當(dāng)然，選取合適的參數(shù)值甚至再增加合適的回路，將會(huì)進(jìn)一步減少超調(diào)量和震蕩周期，使紙幅的張力值穩(wěn)定在允許的范圍之內(nèi)。

圖6 修改參數(shù)后的張力變化情況

通過(guò)本案例最終發(fā)現(xiàn)：在轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，變頻器的速度調(diào)節(jié)器不起任何作用，因此無(wú)法控制速度；當(dāng)張力需要轉(zhuǎn)矩指令大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)速度就會(huì)上升，而且指令越大，上升速度就會(huì)越快，這樣就會(huì)出現(xiàn)急加速狀態(tài)，從而導(dǎo)致變頻器過(guò)載故障。（編自《電氣技術(shù)》，作者為李方園。）