陈祖建, 应用工程师, 伦茨（上海）传动系统有限公司
摘要：以拉膜生产线为背景，着重介绍了 9400HL 的收放卷的应用以及卷径计算、摩擦补偿等功能。简述了 9400HL 在驱动控制领域的优势。
关键字：收卷 9400HL 卷径计算 摩擦补偿 转动惯量
1 前言
双向拉伸薄膜生产线是塑料类产品生产机械中的大型成套设备。这类设备在我国早期均依赖进口。随着国内工业自动化的高速发展，目前国内企业业已开发出了年产 6000 吨，薄膜厚度为 12 至 70 微米的拉膜生产线。
双向拉伸薄膜生产线主要工艺有上料、模头、挤出机系统，纵向拉伸系统、横向拉伸系统及牵引收卷系统。本文主要介绍围绕牵引收卷系统展开介绍。牵引收卷是电气控制的核心部分，其控制好坏直接关系到膜的质量。
2 Lenze 解决方案
在迁移收卷系统中有两个伺服电机控制两个轴 A、B 轮流进行收卷，在收卷过程中要始终保持薄膜张力恒定或随着卷径的增大，薄膜张力按一定的规律递减即张力锥度控制。还要保证漫卷之后自动换卷，换卷过程中当薄膜被切断时要平稳地过渡到备用收卷辊收卷，收卷辊和备用收卷辊之间，自动完成张力控制和速度控制的转换。收卷跟紧辊采用接触收卷和间隙收卷二种工作方式，但都要保证随着卷径的增大，跟紧辊能自动后退。在接触收卷时，要保证跟紧辊的压力是恒定并且可调。
图 1 基于张力传感器的收卷控制原理图
3 Lenze 主要算法
(1) 卷径计算：在收卷过程中卷径是在不停的逐渐增加的，要保证膜的线速度及张力的恒定就必须使用卷径计算使线速度和电机转速进行匹配。计算出来的卷径再作用到张力的设定值，根据转径的增到把计算出来的阻力扭力叠加到扭力设定上。
(2) 锥度计算：根据材料的不同和工艺的要求，在不同的场合锥度曲线是不同的。伦茨提供了三种锥度曲线模式：直线模式、曲线模式、自定义模式。有多种参数进行设置，其中自定义模式客户可以设定 64 个点描述自动义曲线，基本满足了所有场合的使用。曲线模式的锥度曲线如下图，D0 为锥度开始点，HW 为锥度设置值。
(3) 摩擦补偿：摩擦主要作用于传动装置和导轨上。特别是在启动和加减速时需要的力比正常运转时需要的力大得多,这样在启动或加减速的时候就会产生更大的跟随误差摩擦严重影响伺服系统的速度精度。对摩擦进行补偿就是根据摩擦的形式和性质,利用各种控制方法抑制或者消除摩擦对系统性能的影响。 9400HL 自带有摩擦补偿功能块L_WndFrictionCompensation 能够自动识别系统的摩擦系数。
(4) 传动惯量识别：转动惯量是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性）的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。在收放卷应用中要分别计算空卷时的转动惯量和满卷时的转动惯量。9400HL 伺服控制器可以通过现成的功能块 L_WndIdentMInertia 自动识别转动惯量，为工程人员减少了繁琐的计算。
4 Lenze 方案亮点
1) 9400HL 在收放卷应用已经是非常的成熟了，有现成的模板使用，客户只需要修改几个参数即可以实现收放卷功能。模板功能丰富，有些功能可随时切除或投入。
2) 9400HL 是个自由编程的伺服控制器，使用 Lenze Engineer 软件具有丰富的功能块可视化编程，可以为每一个项目量身定做对应的功能。
3) 9400HL 最多可以有三个任务同时执行，最快的执行周期为 1ms，其编程功能不亚于小型的 PLC，在许多场合可以节省 PLC，即减少了成本又减少了故障点。
4) 9400HL 有多种通信形式进行选择，包括 CANOpen、ProfiBus、ProfiNet、EtherNet、EtherCAT 等。可以与世面上大部分的 PLC 和触摸屏的产品进行通信连接，开放性广泛。
5 展望
9400 HL 在收放卷领域应用已经非常广泛，包含包装、纺织、塑料、印刷等领域。9400 HL 收放卷模板运行速度快，精度控制高，灵活可靠，主要应用于高精度控制领域。随着中国制造水平的提高，这类应用将会越来越多。
