1 引言
近年来，随着我国自动化技术的提高，plc作为一个新兴的工业控制器，在各个领域获得了广泛应用。变频调速技术由于其优越的性价比和调速性能，得到了广泛的应用。在印刷行业中，印刷机械的种类繁多，主要有胶印机、胶包本机、铝箔分切机、自动分切机、边封中封两用制袋机、半自动两用覆面机、凹版印刷机等。变频器已部分取代了印刷机械传统的电磁调速和机械调速方式。通过交流主电机调速和水洗系统电机调速来完成印刷过程中的送纸、上墨、印刷、洗墨等动作。改善了系统功能，使其操作方便，维修简便，而且使印刷机的高性能、高功能得以充分发挥，并使原来机械驱动系统进一步向小型化发展。
常用的印刷机多采用双色印刷。从纸张的规格看可以分为八开、四开、对开、全开印刷机。从印刷的面分可以分单面印刷和双面印刷。胶印机应用变频调速主要是主电机调速和水洗系统电机调速。
2 印刷机主传动控制要求及设计
某印刷厂双色胶印印刷机采用变频器调速控制水辊电机，系统要求操作简单，速度稳定，控制精度高。系统采用西门子plc为主控器，完成电机正转、反转、高速、中速、低速、报警复位等控制功能。人机界面采用台达触摸屏，完成水辊电机速度显示、电机运行状态显示、调板显示、数据设定等，主传动调速控制采用矢量控制型芬兰vaconnx系列变频器进行调速。系统框图如图1所示。
图1 水辊电机变频调速系统图
芬兰vacon nx系列变频器是高性能矢量控制通用变频器。它具有如下特点:
(1) 采用先进的矢量控制算法，对电机磁通电流和转矩电流解耦并分别进行控制，配合电机参数设定，动态补偿负载波动，能实现电机转矩的快速响应和准确控制，具有极高的稳速精度和快速动态响应，能满足各类高性能场合的传动控制要求;
(2) vacon变频器具有开放的可编程功能，编程工具vacon nc1131-3 engineering是一个符合iec611131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计vacon nx特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器、pi控制器和积分器。nc1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。自带lcd键盘,不仅能够显示运行数据和故障代码，还能进行参数的拷贝和下载功能，非常方便调试和后期的维护;
(3) 多种扩展卡能满足用户需要;
(4) 内置rs485接口，通过扩展板可以接入符合国际标准的profibus dp、modbus现场总线控制系统，满足日后组网要求;
(5) 瘦长、节省空间的设计，安装灵活，集成了rfi滤波器能够满足工业等级斜坡防护要求。
plc是一种以微处理器为核心, 并综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的新型工业自动控制装置。它具有体积小, 使用方便, 控制功能强, 响应速度快，抗干扰能力强等优点。通过梯形图编写程序, 工程技术人员可随时根据工艺生产要求而修改, 具有较强的可扩展性。
触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它操作简单方便，具有强大的功能和优良的稳定性，使它非常适合用于工业生产环境。台达触摸屏采用先进的WINOOWs rtos技术，系统具备实时多任务功能，比传统的人机界面具有响应快、稳定性高、更加人性化交互操作等优点，使用触摸屏，还可以使设备生产标准化，减少plc控制所需的i/o点数，降低设备成本，提高了整套设备的附加价值。
控制系统可完成如下保护功能:
· 变频器故障保护。
·设置参数超限保护。
·通讯故障保护。
·过流保护: 瞬时突跳电流大于两倍变频器额定电流时保护。
·过压保护: 瞬时突跳电压大于1.35倍额定电压时保护。
·欠压保护: 瞬时突跳电压小于0.65倍额定电压时保护。
·过热保护; 过载保护; 堵转保护; 输入缺相、输出缺相保护等。
3 vacon变频器控制调试过程
用plc编程控制变频器，在控制电机时，发现系统高速运转没问题，但在低速起车和停车时出现了爬动现象。爬动现象出现在变频器输出为0.7hz左右。经分析认为是电机的低速输出转矩不够造成的。vacon变频器具有开环速度控制方式，能进行转矩补偿，能满足在低速大转矩输出要求。重新进行了变频器参数调整，调试过程如下:
u/f曲线调节:
手动调节u/f曲线，在电机轴不带负载条件下，控制模式设置为频率控制(p2.6.1=0)。
(1) 正确设置电机铭牌数值参数:
电机额定电压参数p2.1.6
电机额定频率参数p2.1.7
电机额定速度参数p2.1.8
电机额定电流参数p2.1.9
电机功率因数cosφ参数p2.1.10
(2) 使电机运行在2/3×fn频率。从监视菜单上(v1.4)读电流值。这个电流是电机励磁电流。
(3) 将u/f曲线选项改为可编程模式(p2.6.3=2)。
(4) 以零频率运行电机, 并增加电机零频率点输出电压p2.6.8直到电机电流近似等于励磁电流为止。如果电机只是短时间处于低频区，可使用达80%×in的电流为励磁电流。
(5) 把u/f曲线中间点电压(p2.6.7)设置为1.4142× p2.6.8即(×零频率点电压)，中间点频率(p2.6.6)设置为(p2.6.8/100)×p2.1.7即((零频率点电压/100%)×电机额定频率)。 
(6)在起动时利用直流制动对定子阻抗初始化。
·定义直流制动电流=电机额定电流，参数p2.4.8。
·将起动时的直流制动时间设为2s，参数p2.4.11。
·发出起动命令。
此时变频器将对定子阻抗做出修正，并且电机转矩的计算会更好，也提高了滑差补偿精度。定子电阻压降补偿，见图2电机等效电路图。
(7) 把电机控制模式变为速度控制(p2.6.1=1)。
(8) 因为在低频区需要较大的电机转矩，开启u/f优化功能(p2.6.2=1)。
变频器进行以上调整后，克服了低速时的爬动现象，用户对此非常满意。
当电机在低转速-大转矩的工作时，电机很容易过热。如果电机必须在这样的情况下长期运行，必须特别注意对电机的冷却。
4 结束语
采用本系统控制的印刷机操作简单，运行可靠，维护方便，达到了设计要求，vacon变频器以其优良的性能和开放编程平台，能满足生产工艺的特殊要求，能为用户提供更好的解决方案，在各种交流调速方案中，vacon变频器会有更广的应用。
参考文献
[1] vacon变频器用户手册[z].
[2] 满永奎,吴成东. 通用变频器及其应用[m]. 北京: 机械工业出版社,1996.
作者简介
李 岩(1966-) 男 硕士 毕业于北京理工大学自动控制系，在沈阳理工大学从事教学工作，研究方向交流调速系统、arm单片机应用。
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