机器内部:驱动中的绕线技术
绕线机应用程序可以通过设置参数集成到驱动系统中，而不是配置和编程，这提供了一个优势。见图、图、表。
在许多工业生产过程中，对纸、箔、电线或纺织品进行卷绕和开卷，乍一看是一个不起眼的环节。当更详细地观察这个过程时，很明显，这种缠绕有助于决定产品质量。收放卷必须考虑收卷机的速度、控制加工次数，并将控制方案的实施纳入整机设计中，以达到更大的效率。
电子控制交流驱动器提供了一种非常有效的方法来执行最广泛的绕组任务。既然这些驱动器集成到大多数现代生产设备和系统中，为什么不使用可用的配置/工程工具来实现卷绕机任务?工程师们为驱动器创建了一个标准的“卷绕机”应用程序，以快速灵活地解决应用:印刷机，转换机，包装线，线材改造站，盘绕金属，纺织品或其他加工线的新设计或改造。
与外部控制器相比，将绕线机应用到驱动系统中有一个优点，即减轻了算术任务的高级开环控制。因此，工程资源可用于其他任务，并且可以使用性能和价格点较低的控制系统。在任何情况下，控制系统和驱动器之间的通信负载的高比例被消除。相关的更快的响应和周期时间可以在开环控制或闭环控制中更快、更精确地实现，这取决于特定的应用，从而提高了生产率和/或绕组质量。
张力传感器
卷取机解决方案通常包括卷取机驱动器、卷筒纸和张力传感器。其任务是在规定的张力下卷绕或松开卷筒网，从而使卷筒直径不断变化。电子驱动系统利用几个系统变量来计算实际直径，以控制电机转速并保持卷筒纸张力恒定。要做到这一点，必须时刻知道卷筒网的速度和卷筒机轴的速度。对于最高质量的张力调节，可以应用额外的传感器，例如舞者位置控制或称重传感器。
这里描述的标准应用程序是为普通中心卷绕机设计的，有一个中心轴来驱动卷筒。从控制的角度来看，这比地面卷绕机更具挑战性，但比两者更有效，因为它是一个更简单的版本，至少从机械的角度来看。
标准应用程序支持各种控制技术，包括开环扭矩控制，直接张力控制与舞者位置控制和速度校正，以及张力控制与扭矩限制-分别与速度校正(见侧栏)。这意味着该标准适用于目前行业中90%的卷绕机应用。
以图形化驱动软件为例，编写了一个卷绕机应用程序。使用编程软件，相关的、具有多实例能力的功能块可以很容易地相互链接，只需从标准库中拖动它们并将它们放入图表中。用户只需要参数化具体的单位，如物料速度和加速度，然后定义闭环控制技术。此标准应用程序计算控制绕线机轴所需的所有信号，例如速度，扭矩和扭矩限制，然后集成工作所需的特定绕线机功能。
闭环控制
张力控制技术是这个标准卷取机应用的核心。开环张力控制在今天很常见，因为不需要传感器。这种操作方式是:将张力设定值乘以被卷绕辊的实际半径，结果直接作为扭矩限制值输入。这意味着电机扭矩随着直径的增加而线性增加，并且通过饱和速度控制器保持张力不变。开环控制的一个重要因素是摩擦和加速度扭矩的精确补偿，因此前馈扭矩设定值尽可能接近所需的材料张力。
对于张力控制与舞蹈辊和速度修正，织网是路由在舞蹈辊。舞滚试图用一种确定的力量使材料偏转。这种偏转(舞辊位置)是用模拟传感器或编码器检测到的。舞辊位置控制器与驱动速度控制器串联，校正舞辊的位置实际值以跟踪位置设定值(例如舞辊中心位置)。为此，位置控制器向速度控制器输入一个速度校正设定值。当采用气动加载舞辊时，舞辊张力可通过锥度张力特性进行调节。舞蹈辊可以同时作为网的存储区域(缓冲)，它也提供阻尼作用，例如，在“非圆形”材料辊上，在层跳上(缠绕电缆时)，或在更换辊时。
闭环张力控制与称重传感器使用扭矩限制。使用张力传感器直接检测材料张力，并对其进行适当控制。与开环张力控制类似，驱动器中的速度控制器在饱和状态下运行，这意味着驱动器处于两个扭矩限制之一，并使用这些限制进行控制。张力控制器的修正值作用于这些扭矩限制。此外，利用加速度前馈的设定值，将锥度张力特性和摩擦特性与扭矩极限联系起来。可以使用锥度张力函数来改变舞者的力。此外，对于具有称重传感器和速度校正的张力控制，使用称重传感器检测张力并将其作为实际值馈送到张力控制器。然而，在这种情况下，张力控制器的输出充当速度控制器上的速度修正值。加速扭矩、摩擦扭矩和张力作为前馈提供。
在线额外:可用软件-西门子驱动控制图模块
西门子驱动控制图(DCC)是西门子S120系列图形驱动工程工具“Starter”的一个模块。西门子驱动专家为绕线机应用制定了DCC。函数包括以下内容。
计算器:直径此功能用于将卷筒网速度转换为相应的电机速度。实际直径由腹板设定值速度与实际速度之比得到。
锥度张力特性:当卷绕辊直径增大时，材料张力应减小时，使用这种方法。锥度张力特性取决于轧辊的实际直径。
控制器适应:利用这个函数，张力控制器的增益可以作为直径的函数，加上驱动器中速度控制器的增益可以作为卷绕辊的转动惯量的函数。这意味着即使是较大的累积比率也可以很容易地适应。
加速度前馈:快速响应速度变化，补偿扭矩可以切换到驱动器，同时加速和减速材料。补偿力矩包括变惯性矩和恒惯性矩。当速度改变时，这可以防止张力下降或过度张力。加速度前馈通常用于开环张力控制，但也用于使用称重传感器的张力控制。
摩擦补偿:摩擦损失可以简单地用一个有10个插值点的函数来补偿。这些是在调试系统时确定的。例如，在西门子Sinamics S120驱动器上，有一个自动记录这些点的选项。
慢跑:在jog模式下，既可以通过界面直接输入路径速度设定值，也可以选择两个固定jog设定值中的一个。
网页断裂检测:当张力控制开关打开时，卷筒纸断裂检测就会被激活，并且根据控制类型的不同，可以以不同的方式进行配置。在卷筒纸断裂后，直径计算机停止工作，张力操作停止，张力控制器使能退出。
通过列出的功能，可以获得必要的资源，以在机器驱动系统中有效地实现单个绕组应用，所有这些都以相对简单的形式学习。因此，入门级人员可以在不了解实际技术细节的情况下，为要求苛刻的解决方案生成中央绕线机。在处理此类工程工具方面已经有经验的用户也可以根据需要修改标准应用程序所基于的程序。这使他们能够定制非常具体的绕组应用直接进入驱动器，以适应几乎任何商用机器。
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礼貌:西门子
- Alexander Schaedlich是西门子股份公司驱动技术-运动控制的应用工程师，William Gilbert是西门子工业公司驱动技术-运动控制的工业业务开发经理。
www.usa.siemens.com/motioncontrol
- - - - - -马克·t·霍斯克编辑，控制工程、www.globalelove.com
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