（1浙江佳乐科仪股份有限公司 314300；2上海诺雅克电气有限公司 201614）
摘要：在自动化卷绕生产中，收放卷控制、卷绕定位、卷绕速度与卷绕角度均需通过卷绕控制系统实现，对卷绕控制系统提出更高要求。基于此，本文从卷绕系统组成入手，分析基于伺服变频器的卷绕控制原理，提出一种基于Lenze公司9300系列伺服变频器的卷绕控制系统，实现有效的伺服控制。
关键词：伺服变频器；卷绕控制系统；张力
前言：在纺织、数控机床及造纸等领域，卷绕控制系统应用广泛。伺服变频器在卷绕控制系统中的应用，可提高控制系统的响应速率，提高控制精度与速度，保障卷绕生产的质量与效率，实现自动化、现代化生产。基于伺服变频器的卷绕控制系统分析，可为相关企业生产提供实践参考。
1.基于伺服变频器的卷绕控制原理
通常来说，卷绕系统包括卷绕辊驱动设备、卷绕辊翻转设备、牵引辊驱动设备、张力检测系统与卷绕控制系统等部分组成，卷绕控制系统负责调控其他设备系统，保障卷绕生产正常进行。在基于伺服变频器的卷绕控制系统中，包括各类设备的伺服变频器（如卷绕辊翻转伺服变频器等）、触摸屏、可编程逻辑控制器（PLC）、检测传感器等设备。
在卷绕控制系统运行中，PLC为主要控制设备，牵引辊在向卷材施加牵引力时，进行速度闭环控制，应用牵引辊伺服变频器内部的PID控制器实现参数调节，确保浮动辊处于微小变动范围内，使卷绕生产中的卷取部位和机组保持同样的基准速度；卷绕辊伺服控制器均采用转矩控制，在控制器内设置内部卷径计算程序，通过通信模块完成张力给定值、直径等数据的计算，与张力检测系统配合使用，实现张力闭环控制[1]。
2.基于伺服变频器的卷绕控制系统实现
基于上述卷绕控制系统原理，本文提出如下控制模式实现方法，为企业研发卷绕控制系统提供帮助。
2.1速度控制与转矩控制
在卷绕系统运行期间，卷绕辊共进行爬行与运行两项工作。在卷材穿引环节，卷绕辊主要完成爬行工作，要求卷绕机的运行速度控制在25m/min内，将张力辊的张力值控制在100N内，将卷绕辊的伺服变频器转变为速度控制模式；在卷材穿引完成后，卷绕系统进入张力闭环环节，伺服变频器需转变为转矩控制模式。在该模式下，转矩为固定值，卷筒半径和卷材张力成反比。技术人员可通过通信模块与控制模块的协调配置，实现两种控制模式的有效转变，具体设计要点如下：将卷绕辊变频器内部的电机控制功能模块输入端信号，作为两种控制模式切换的标准。在输入端信号为0时，伺服变频器以速度控制模式运行；在输入端信号为1时，伺服变频器以转矩控制模式运行。在卷绕系统的卷绕生产环节，输入端信号始终为1，即卷绕控制系统以转矩控制模式确保卷绕辊正常运行；仅在卷材牵引环节，以速度控制模式运行。
在上述控制模式转变过程中，通过模拟信号开关完成起始直径与计算直径的输入与读取，并在运算器内设置不同转矩补偿计算算法，根据卷绕系统生产中的阻力、机械惯量等参数变化，设置转矩补偿，保障转矩计算的准确性，为转矩控制模式的应用提供保障，以此确保卷材切割瞬间卷绕辊可精准加速，防止卷材在卷绕过程中出现松弛，影响卷绕效果，
2.2张力控制
在产品卷绕生产中，设计人员需根据生产材料与工艺对张力控制的要求，选择张力控制方式。以玻纤纸生产为例，其更适用于锥度卷绕控制。在该控制模式下，卷绕辊的转矩始终为固定值，根据卷筒直径的增加，卷绕辊加速度减小，降低卷材的张力，实现卷绕生产中的内紧外松卷绕目标，完成产品卷绕。在基于伺服变频器的卷绕控制系统中，张力控制的实现流程如下：在PLC中设定张力值、锥度系数与起始直径，张力传感器获取卷材实时张力，通过放大器将张力数据传递给PLC；乘法器进行内部卷径的计算，将数据传递给PLC，PLC结合接收到的数值，明确张力控制参数，利用PID控制器实现转矩的控制，完成卷材张力控制。
2.3内部卷径计算
在基于伺服变频器的卷绕控制系统运行中，技术人员需设定明确的卷径数值，方可实现转矩控制。细化来说，卷径是卷绕控制系统中张力给定值计算的基础，PLC利用内置程序算法，确保卷绕辊角速度根据卷绕半径变化而变化，确保卷绕生产中卷绕线速度不变。在明确卷径计算算法的基础上，各类参数的信号传递，使卷绕控制系统实现的关键。
以Lenze9300系列伺服变频器为例，伺服控制器的总控制单元负责基准线速度的传输，通过输出端口传递至卷绕辊变频器输入端口，利用相位积分器及相位除法器的处理，使基准线速度转变为线位移，该数据为相位运算器的输入信号，通过相位运算器的x端完成输入。同时，卷绕控制系统配置旋转变压器，用于测量卷绕系统的角度与角速度，利用另一个相位积分器进行角速度处理，使角速度转变为角位移，通过相位运算器的y端完成输入。在完成数据传输后，由相位运算器进行类直径计算，以模拟量信号形式输出，将其与直径系数相乘，即可获得卷绕系统生产时的卷绕直径[2]。
另外，在基于伺服变频器的卷绕控制系统实现中，技术人员需合理选择张力检测元件，保障卷绕系统各项参数计算的准确性。在本文设计的卷绕控制系统中，选择EL公司生产的PD22型号测验元件。在卷绕控制系统运行中，测压元件获得的张力型号通过放大器进行处理后，传递至PLC中，为各类控制模式的实现提供保障。
3.基于伺服变频器的卷绕控制系统应用
为明确基于伺服变频器的卷绕控制系统应用效果，本文按照上述原理与实现方法，将Lenze9300型号的伺服变频器为核心，进行卷绕控制系统的设计与实现，用于某工厂的玻纤纸产品卷绕中。在卷绕控制系统应用中，将张力设定为2400N，锥度系数设定为20%。卷绕辊起始卷径为86mm，产品的匹长设定为2000m，以此控制卷绕机进行生产。生产结果显示，玻纤纸的实际卷径为1086mm，端面的偏移量低于2mm，卷绕生产过程中的张力衰减想对你平稳，且卷筒始终保持密实状态。就此，可以判断基于伺服变频器的卷绕控制系统在卷绕生产中有良好的应用效果，可推广普及。
结论：综上所述，在卷绕生产中，基于伺服变频器的卷绕控制系统表现出较强的控制效果，可保障产品生产质量。通过本文的分析，生产企业在设计卷绕控制系统时，需合理设计速度控制与转矩控制的切换方式，做好张力控制与内部卷径计算工作，确保卷绕控制系统作用的有效发挥。
参考文献：
[1]张瑞,左炳辉.基于西门子315T PLC与S120变频器的卷绕控制系统[J].电工技术,2019(16):10-11+14.
[2]任佳星,汪龙,常志增,等.基于SINAMICS S120变频器的卷绕控制系统设计[J].电声技术,2019,43(08):53-55.