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[教程经验] 闭环速度张力控制工艺应用手册

wu14853 2022-3-16 16:57:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 wu14853 于 2022-4-27 10:56 编辑

基于之前发布的张力控制功能块,大家在使用中遇到很多困惑;为了方便大家使用,现分享一篇闭环速度张力控制的调试应用方案。

汇川应用库:张力控制库—TechHCTension V0.1.4.0   http://bbs.inovance.com/plugin.p ... romuid=186&tid=3283
张力工艺和功能块的介绍以及培训视屏   http://bbs.inovance.com/plugin.p ... romuid=186&tid=6870

闭环摆杆速度模式

一、   功能块介绍:
1.png

引脚介绍:
2.png


二、   应用调试指导:
         场景1:实操室-间歇式模切机
3.png

    设备传动点示意图

设备材料从左往右运行,左为放卷,右为收卷。牵引A和牵引B速度同步,提供收放卷的主速度。调用“闭环摆杆速度模式(WinderTension_Speed)” 功能块进行收放卷的张力控制。


算法介绍如图左边放卷,摆杆的位置变化=放卷走料长度-牵引走料长度。所以我们要保证摆杆稳定需要控制放卷转速,使放卷走料长度=牵引走料长度。
20.png

1     机械参数校准
牵引轴参数校准:根据机械参数设定轴相关配置,建议用户单位为mm。
4.png


收放卷轴参数校准:根据机械参数设定轴相关配置,如伺服建议用户单位为°。
变频器PDO参数配置:主要有:控制字、频率指令、加减速时间、反馈频率。
21.png



2     牵引和收放卷方向校准
点动牵引和收放卷轴,确认轴的正反向和实际运行方向符合。


3     收放卷速度环调试
伺服收放卷设置为速度模式。
选取最大负载惯量进行,调整伺服速度环参数,使收放卷达到较好速度响应。

4     功能块调用(功能块介绍)
功能块的调用需放在轴控(EtherCAT)扫描周期,调用顺序依次为: 主轴轴控功能块,张力控制功能块,收放卷轴控功能块。这样可以保证最快的调整时间,达到最优的控制效果。

fOffsetfSlaveSetSpeed处理:(或者功能块里自行判断,根据市场需求调整,可在留言回复)
  
根据iTypeOfWinder判断:设:主速度运行(为了处理混乱主速度做了绝对值处理)
摆杆反馈越大说明张力越大 ; PI取正。则:
23.png
正向收卷: 摆杆张力越大→转速越小  ,所以 fOffset =设定位置-位置反馈 。
22.png
正向放卷:  摆杆张力越大转速越大  ,所以fOffset =位置反馈-设定位置。
如反向收卷: 摆杆张力越大转速越小 ,所以fOffset=设定位置-位置反馈, 运行方向eDiretion 取反 。
如反向放卷: 摆杆张力越大转速越大 , 所以fOffset=位置反馈-设定位置, 运行方向eDiretion 取反 。

主速度、收放卷速度单位匹配:
功能块变量“fMasterVelocity” “fSlaveSpeed”对应的是主轴设定线速度(mm)和收放卷转速(rpm),注意单位转换。

调用实例:
5.png
如图:为正向收卷应用,在间歇式中摆杆角度越大,张力越小。所以反馈大的情况下需要增加收卷转速。所以fOffset=张力反馈-设定张力。
收放卷MD800变频器,所以输出转速处理如下:
100为单位换算:变频器默认为0.01HZ  ; 7为收放卷减速比 。
24.png


若收放卷为伺服,输出转速处理如下:
因为功能块输出单位为rpm, 收放卷减速比为3:1 ,轴组态配置如下:

28.png
伺服运行在速度模式,伺服的速度控制切换方式如下,伺服轴使能之后进行模式切换:
27.png

调用轴控速度功能块控制收放卷转速:
26.png
25.png


由于MC_MoveVelocity功能块 只支持正数,所以首先对速度指令进行方向确认调整(变量Direction)。取速度指令的绝对值作为速度给定。
收放卷的速度功能块加减速要设置尽量大,防止速度功能块的输出速度指令受加减速影响导致和张力功能块的速度输出不一致(张力功能块速度速度变化大于加减速变化时)。



5     参数调试
调试的时候需要用PLC的Trace功能抓取相关曲线进行分析,抓取的曲线为:牵引设定速度,收放卷设定速度,收放卷反馈速度,摆杆偏差。
5.1      建张
建张即建立张力,在设备开始运行前让材料达到设定张力,摆杆达到平衡位置。有助于减少张力波动。
零速建张:使能张力控制功能块,fMasterVelocity建议设置成“主轴的设定速度”。建张时积分不起作用,这样可以防止建张时速度过快导致材料拉断。
Vmax=offset*P/D;
7.png
调整Kp,优化摆杆振荡。

匀速建张:建张时由于主轴有一定的线速度,收放卷和牵引中间不能有过多堆料,防止收放卷转速过快导致材料拉断。
建张时,由于堆料的原因可能会导致卷径计算不准确,可通过设置变量“fMinMasterVelocity>建张线速度”使建张时不计算卷径。或者变量“xHoldDiameter”置TRUE,不计算卷径。

5.2      运行
5.2.1  卷径:
运行时卷径不正确会引入速度扰动从而引起摆杆波动,扰动的大小和卷径误差及线速度正相关。(高速状态下的卷径波动需要特别控制)
要保证启动张力波动较小:1.尽量输入准确的初始卷径;2.在卷径没有修正完成的情况下在低速运行。卷径修正状态可通过摆杆波动较小或者卷径波动较小来判断。
运行的过程中需保证卷径的波动较小:1.增大变量 “fPeriodDistance”以增大卷径计算的材料长度,对卷径波动有滤波的作用(缺点是卷径刷新会变慢,卷径大小有一定滞后)。 2. 设置合理的fDiameterRateMax 卷径变化率,该变量对卷径的变化起到限幅的作用,一般和材料的厚度相关。(该值需大于2倍厚度否则会产生卷径不准,缺点是卷径不准的时候修正会变慢)。
8.png
图 卷径计算

5.2.2  PI参数调试:
Pi参数调试根据建张设置的P值,Ki先设为0。缓慢增大Ki消除稳态误差,直到摆杆发生抖动,缩小Ki值到稳定。(老版本:速度变大之后需适当调小Ki,防止低频振荡)。
红色为摆杆波动曲线:
9.png
10.png

调试TRACE 抓取的数据有:收放卷卷径主轴线速度摆杆偏差收放卷转速指令、收放卷转速反馈。
摆杆波动较大可能由于卷径波动,PID参数不合理,外部扰动等因素造成。
在问题很难解耦的场景下,可以通过变量“xHoldDiameter”关闭卷径的变化,观察摆杆波动的频率解耦摆杆波动的原因进行相对应的调试。





问题点:卷径计算不准确如何排查?
1.如果卷径结果不对,但是卷径波动较小:机械参数设置不对,功能块单位转化错误,牵引材料打滑。
2.如果卷径波动较大:增大卷径滤波,卷径限幅。




6.png

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wu14853 2022-3-17 10:59:20 | 显示全部楼层
大家张力控制中遇到什么问题可以提出来,大家交流学习。有价值的后续会文档中统一回答-。-
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