随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快，不锈钢所具有的轻巧、环保、美观等优点被大量使用，尤其是在大城市和沿海城市，不锈钢的使用数量已超过欧美国家。不锈钢已广泛应用于汽车工业、水工业、建筑业、家电业、环保工业等现代化工业中，可以这样说，中国城市化的过程就是扩大使用不锈钢的过程。在最近几年，不锈钢行业取得了飞速的发展，面临着前所未有的巨大机遇，众多国内生产企业受到生产设备技术条件的限制，生产的产品还处于中、低端市场，竞争力不强。用先进的自动化控制技术来提升我国装备制造业水平，缩短与世界先进生产设备的距离，对生产设备进行升级换代，已刻不容缓。由深圳市微能科技有限公司研发生产的高性能强功能矢量型变频器—WIN-VC系列产品，该变频器达到了极高的响应性和稳定性，真正能在各种工业现场应用自如，是国内众多工业设备和自动化机械制造客户的首选。通过WIN-VC矢量型变频器在不锈钢磨砂机张力收卷上的成功应用表明，以前进口品牌在收、放卷、提升等变频器高端应用领域垄断的局面将被打破，WIN-VC系列变频器的面世将大大促进我国装备制造业总体水平的提高。
二、张力控制变频收卷应用及工艺要求
2.1 原收卷装置的弊端
在不锈钢的加工过程中，它的磨砂和清洗工艺是否先进对产品品质起着决定性的作用，系统一般由以下部分组成：放卷、收卷由两台5.5KW电机驱动，压辊、磨砂带各由1台2.2KW电机驱动，四个动力点的速度都由同步控制器输出0-10V信号，控制变频器同步运行。不锈钢板从放卷电机开卷，经前整压辊引入进入生产线，通过磨砂带的高速旋转打磨抛光，进入到清洗水箱进行液体喷射清洁、高压风机干燥处理后，由收卷电机进行收卷、包装。
现有系统的弊端有以下几点：1）四个传动点由于各动力点的受力不均匀，无法在同一线速度下实现同步运行。2）放卷电机由普通变频器驱动，经常在手动模式下由于操作工后两个传动点开得太快，使V1经常跳OU故障，容易引起飞车危险。3）压辊、磨砂电机在低速时易打滑，影响产品品质。4）收卷处电机V4经常出现过载和失速现象，钢带经常出现张力过大绷紧变形，或者达不到内紧外松的收卷要求。5）在上料、下料时不易控制，危及操作工的安全。
2.2 微能WIN-VC变频器简介
解决上述弊端的方法：必须保证四个传动点的线速度V1=V2=V3=V4；V1和V4能工作在恒张力模式下，进行速度/力矩控制。用变频器做恒张力控制的实质是闭环矢量控制，即加旋转编码器进行速度反馈。对收卷来说，收卷的卷径是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转矩要由小到大变化。在收卷的过程中，小卷、大卷启动时的瞬间加速、减速、停车，都要在不同卷径下进行不同的转矩补偿，这样才能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大，而大卷启动时松驰现象。 V2、V3在低速时保证足够的转矩，保证上料过程中不出现打滑、倒退的现象。由深圳市微能科技有限公司研发生产的无感矢量型WIN-VB、电流矢量型WIN-VC变频器产品可满足上述要求。
WIN-VC变频器是一款通用高性能矢量变频器，是真正的电流矢量控制变频器，以先进技术的控制理论为基础，通过智能化的控制手段，使变频器控制的调速系统达到了极高的响应性和稳定性，具有高起动转距、低速稳定性好，精确的力矩控制、节能控制、零伺服功能、下垂控制（DROOP）等强大功能，达到同类进口产品的性能，真正能在各种工业现场应用自如。WIN-VC可实现四种控制方式：
[$page] 特别是在PG矢量控制方式下，以其极高的速度控制精度(+0.02%)、极高的零起动转矩(在0r/min时达150%额定转矩)并可实现力矩控制，与PLC配合使用，可以实现速度链控制、自动负荷控制、自动速差控制等功能，在生产线传动中得到大量应用，并取得了较好的控制效果。
2.3 变频张力开环控制收卷系统组成
张力控制的定义：所谓的张力控制，就是能控制电机输出的力矩，即输出多少牛顿·米。反应到电机轴即能控制电机的输出转距。目前控制张力途径有两个：一是通过控制电机的速度来实现；二是通过控制电机的输出转矩来实现。WIN-VC变频器可通过三种方式可实现张力控制：
在 2.张力开环控制这种模式下，利用变频器矢量控制的转矩控制功能，实时的根据张力的设定值、锥度、补偿量，以及卷轴直径计算出所需要的转矩，从而达到间接的控制张力的目的。结构简洁，效果非常好。系统组成如下:
三、变频张力开环收卷的控制原理
要保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定，需要进行转矩的补偿。在不同速度的时候，补偿的系数是不同的，即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩，具有不同的补偿系数。收卷整个过程的转矩补偿过程：电机的输出转矩=静摩擦转矩(激活瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩。转矩的补偿为:（1）在加速时还要加上加速转矩。（2）在减速时要减去减速转矩。（3）停车时，因为是通过程控减速至设定的最低速，所以停车时的转矩补偿与减速转矩的处理方法相同。 在张力控制模式下,要对速度进行限制,否则会出现飞车。转矩的计算和卷径的计算原理如下：
1)转矩的计算：
T=（F×D）/（2×i）
其中：T 变频器输出转矩指令， F 张力设定指令， i 机械传动比， D 卷筒的卷径，电机的转矩被计算出来后，作为变频器的电流环的给定，这样就可以控制电机的输出转矩，所以转矩计算非常重要。
2）卷径算法原理:
[$page]厚度积分法。在系统中，PLC根据工艺需要来决定输出速度/力矩，并同时从各个变频器中读取速度、电流、转矩等信号，用作控制和显示。PLC程序的主要任务是：处理起停连锁、故障报警、速度控制以及显示， 根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加或递减，如果是线材还需设定每层的圈数，也可以从PG获得圈数此方法在单一产品的生产场合被广泛应用。若厚度是需要经常变化的，需要通过人机界面HMI将厚度信号传送到PLC，由PLC进行运算后再传送给变频器。
四、系统调试过程
不锈钢生产线的变频控制系统算是一个比较复杂的传动系统，必须分步进行调试。包括变频器调试、PLC调试、生产试运行三个步骤。
4.1变频器的参数设定及说明
收卷变频调速及其控制：V2、V3用WIN-VB系列变频器工作在无感矢量模式下，自动转矩补偿可满足低速高转矩的要求；V1、V4用WIN-VC系列变频器工作在力矩/速度模式下，可达到收、放卷的性能要求。在变频器的PG矢量控制中，转速指令和实际速度的比较值通过一个速度调节器ASR后再进行转矩限定，然后用来控制变频器的输出转矩。限制转矩的作用就是用来限定速度调节器输出的转矩电流指令，直接限制变频器的输出频率。对于收卷而言，随着卷径的逐渐增大，速度将慢慢减小而转矩值也随之增大，这时主要控制转矩值的大小就可以基本上保证转矩值的精度。
1）自学习：要实现高精度的矢量控制性能，需建立在精确的电机模型参数上。WIN-VC的动态自学习模式，可测量从低到高不同频率段时电机的参数，从而获得准确的电机参数。在不同的频率段建立相应频率段的电机模型，使变频器从低频到高频都能精确控制电机。由于电机的一些参数（如空载电流、额定滑差、转子电阻、铁芯饱和系数等）在不同的温度下有较大差异，为获得最佳电机参数，使系统达到最佳的控制性能，建议在自学习之前最好将变频器带电机先运行十分钟以上，待电机温升达到正常工作时的温度再进行自学习。
2) 将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的参数。然后用键盘给定频率和进行启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是在参考编码器反馈的速度，最大限度的接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近变化的。
3）放卷变频器V1实际上只是提供一个反向的拉紧力，所以其控制精度要求不高。调试相对简单。关于零速时的反向拉紧，即零速保持，必须同时设定速度极限功能，可避免断料时的飞车情况，保障操作人员的安全。
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