汇川MD330系列张力控制专用变频器手册的使用指南：张力控制原理、参数设置与故障排查

一、产品定位与张力控制专用变频器的独特价值

汇川MD330系列是专为卷曲张力控制场景设计的专用变频器，与通用型MD320变频器同平台开发，但在软件层面增加了完整的张力控制功能模块。本手册需与《MD320用户手册》配合使用——MD330手册仅介绍与卷曲张力控制有关的FH组专用参数，其他基本功能（操作面板、端子定义、基础参数F0~F9组等）请参考MD320手册。当张力控制模式选择为无效（FH-00=0）时，MD330的功能与MD320完全相同。

MD330的核心独特性在于：它能够自动计算卷径，在卷径变化过程中仍能获得恒张力控制效果。这是通用变频器无法直接实现的——通用变频器只能实现恒转矩控制，而张力控制需要根据卷径实时调整转矩或频率输出。选用张力控制模式后，变频器的输出频率和转矩由张力控制功能自动产生，F0组中频率源的选择将不起作用。

需要特别说明的是：在没有卷径变化的场合（即卷径固定的应用），实现恒转矩控制即可满足需求，此时建议使用MD320变频器而非MD330。MD330的优势在于卷径动态变化场景下的张力保持能力。

二、收放卷张力控制原理

2.1 张力控制的基本物理关系

张力控制的核心公式为F=T/R，其中F为材料张力，T为收卷轴的扭矩，R为收卷半径（卷径）。由此可见，如果能根据卷径的变化实时调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力。这一物理关系是开环转矩控制模式的理论基础。需要注意的是，该公式成立的前提是材料上的张力只来源于收卷轴的转矩，且收卷轴的转矩主要作用于材料上。

2.2 两种张力控制模式

MD330设计了两种核心张力控制模式，分别对应转矩控制和转速控制两个途径：

开环转矩控制模式（FH-00=1）：无需张力反馈信号，变频器仅靠控制输出转矩即可达到控制目的。"开环"是指没有张力反馈，与开环矢量或闭环矢量无关。变频器控制的是电机的转矩而非频率，输出频率跟随材料速度自动变化。此模式必须在有速度传感器矢量控制（闭环矢量）下才能获得精确的转矩控制效果，因此必须加装编码器并配置PG卡。

闭环速度控制模式（FH-00=2）：需要张力（位置）检测反馈信号构成闭环调节。变频器通过材料线速度与实际卷径计算一个匹配频率设定值f1，再通过张力（位置）反馈信号进行PID运算产生频率调整值f2，最终频率输出为f=f1+f2。f1使收（放）卷辊的线速度与材料线速度基本匹配，f2只需微调即可满足控制需求，很好地解决了闭环控制中响应快速性和控制稳定性之间的矛盾。

此外，MD330还支持两种扩展模式：闭环转矩控制模式（FH-00=3）需要张力检测反馈，变频器通过PID闭环控制输出转矩，控制方式应为闭环矢量控制；恒线速度控制模式（FH-00=4）通过设定的线速度和当前卷径控制变频器输出频率，不需要PID调整即可进行恒线速度控制，适用于需要运行平稳且不需快速调节线速度的场合。

2.3 开环转矩模式的功能模块

开环转矩模式涉及以下功能模块协同工作：

• 张力设定部分：设定目标张力值，可通过数字设定、模拟量输入或通讯方式设定。张力锥度功能可控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型效果。
• 卷径计算部分：通过线速度计算或厚度累计计算获得卷径信息。线速度计算法的优点是与材料厚度无关，且可获得系统加速度；厚度累计计算法需要设定材料厚度并配合计圈信号。
• 转矩补偿部分：在加减速过程中，电机输出转矩有一部分需克服收（放）卷辊的转动惯量。惯量补偿通过参数设置自动根据加减速速率进行转矩补偿，使系统在加减速过程中仍获得稳定张力。摩擦补偿可克服系统阻力对张力的影响。

2.4 闭环速度模式的功能模块

闭环速度模式涉及以下功能模块：

• PID部分：主要在FA组设定，FH组中第二组PID参数（FH-41~FH-43）可起到辅助作用。在其他部分都设定无误后，最终控制效果需通过调整PID参数来优化。
• 线速度输入部分：两个作用——通过线速度计算变频器的匹配频率，以及通过线速度计算卷径。
• 第二组PID参数：当一组PID参数无法满足全程控制效果时，可利用第二组PID参数。例如小卷时用第一组PID参数获得较好效果，满卷时用第二组PID参数获得较好效果。

特别注意：在闭环速度模式中，当使用位置信号（如张力摆杆、浮动辊）做反馈时，改变PID给定值不一定能改变实际张力的大小——改变张力大小需要更改机械上的配置如张力摆杆或浮动辊的配重。

三、张力设定参数详解

FH-04张力设定源可选择0（FH-05数字设定）、1（AI1）、2（AI2）、3（AI3）、4（PULSE脉冲输入DI5端子）、5（通讯设定）。当选择模拟量或脉冲设定时，必须正确设置FH-06最大张力参数——模拟量或脉冲的最大值对应最大张力值。

FH-05张力设定范围为0~30000N，仅在FH-04=0时有效。FH-06最大张力同样为0~30000N，当张力源为模拟量或脉冲控制时，此参数确定最大值对应的张力。通讯设定张力有两个途径：一是直接修改FH-05参数值（此时FH-04应设为0），二是通过通讯地址1000H设定（FH-04设为5），1000H设定内容为0~10000，代表最大张力的0%~100%。

零速张力提升（FH-07）：设定系统零速时的张力，范围为0.0%~50.0%。主要用于起动时克服静摩擦力或在系统零速时保持一定张力。控制小张力且启动困难时可适当增加此值。FH-08零速阀值（0%~20%最大频率）定义了零速工作状态的频率阈值——变频器运行速度在此值以下时认为处于零速状态。

张力锥度（FH-09）：仅用于收卷控制，范围为0.0%~100.0%。在收卷过程中，有时需要张力随卷径增加而相应降低，以保证材料卷曲成型质量。锥度公式为F=F0×{1-K×[1-(D0+D1)/(D+D1)]}，其中F为实际张力，F0为设定张力，D0为卷轴直径，D为实际卷径，D1为FH-59锥度补偿修正量，K为张力锥度系数。FH-59锥度补偿修正量可延缓张力下降曲率，实现更精细的锥度控制。

MD330还支持高级锥度控制：FH-48锥度源选择（数字或模拟量设定），FH-60闭环张力控制锥度起效选择（有效/无效），FH-61/FH-62锥度拐点1和对应锥度值，FH-63/FH-64锥度拐点2和对应锥度值，FH-65锥度模式（曲线锥度/直线锥度）。通过两个拐点的设定，可以实现分段锥度控制曲线。

四、卷径计算参数与模式选择

卷径是卷曲控制中的核心参数——开环转矩模式需要通过卷径来控制输出转矩，闭环速度模式需要通过卷径来获得与线速度匹配的输出频率。FH-10卷径计算方法选择提供六种方式：

设定值	卷径计算方法	说明
0	通过线速度计算	根据线速度和变频器输出频率计算卷径，与材料厚度无关，可获得系统加速度
1	通过厚度累计计算	根据计圈信号和材料厚度累计计算，收卷递加、放卷递减
2	AI1输入	使用卷径检测传感器通过模拟量输入通道获取卷径
3	AI2输入	同上，使用AI2通道
4	AI3输入	同上，使用AI3通道
5	PULSE输入	通过脉冲输入获取卷径

FH-11最大卷径（1~10000mm）和FH-12卷轴直径（1~10000mm）是卷径计算的上下限约束。当变频器计算的卷径低于FH-12时受此参数限制；FH-11用于卷径传感器输入时的量程映射，同时限制卷径计算上限。

初始卷径设定：FH-13初始卷径源可选择0（FH-14~FH-16数字设定）或1~3（AI1~AI3模拟量设定）。FH-14/FH-15/FH-16可设定三个不同的初始卷径值（1~10000mm），通过两个数字输入端子组合选择。将DI3设为功能32（初始卷径选择端子1），DI4设为功能33（初始卷径选择端子2），端子状态与初始卷径的对应关系为：DI4=0/DI3=0使用FH-12（空心卷径），DI4=0/DI3=1使用FH-14，DI4=1/DI3=0使用FH-15，DI4=1/DI3=1使用FH-16。此功能适用于初始卷径不从空心卷径开始计算的场合，如半卷换卷。注意FH-14/FH-15/FH-16设定值必须大于FH-12空心卷径值。

厚度累计计算卷径相关参数：仅在FH-10=1时有效。FH-19每圈脉冲数（1~60000）定义卷轴旋转一圈产生的计圈信号脉冲数；FH-20每层圈数（1~10000）定义材料绕满一层卷轴旋转的圈数；FH-21材料厚度设定源可选择数字设定（FH-22~FH-25四组厚度值）或模拟量输入；FH-26最大厚度用于模拟量输入时的量程映射。通过厚度选择端子（功能40和41）可选择当前使用的材料厚度组号。

卷径滤波与实时显示：FH-17卷径滤波时间（0.0~100.0s）可防止卷径计算结果产生较快变化。FH-18卷径当前值实时显示当前卷径，也可通过修改此参数来设置启动时的卷径。FH-69卷径计算限制选择和FH-70卷径变化限制可对卷径计算进行约束，防止异常波动。

五、线速度输入与张力补偿

5.1 线速度输入参数

当卷径源选择线速度计算（FH-10=0）或张力控制模式为闭环速度模式（FH-00=2）时，必须准确获得线速度信号。最常用的线速度获取方式是通过牵引（定速）变频器的运行频率模拟输出获得——牵引变频器的运行频率与线速度成线性对应关系，只需将FH-28最大线速度设为牵引变频器最大频率对应的线速度即可。

FH-27线速度输入源可选择0（无输入）、1（AI1）、2（AI2）、3（AI3）、4（PULSE输入）、5（通讯设定）。FH-28最大线速度（0.1~6500.0m/Min）定义模拟量输入最大值对应的线速度值。FH-29卷径计算最低线速度（0.1~6500.0m/Min）设定开始计算卷径的最低速度阈值——当检测到线速度小于此值时变频器停止卷径计算，此值一般设为最大线速度的20%以上，可有效防止低速时卷径计算产生较大偏差。FH-30线速度实际值在线显示当前线速度。

5.2 张力补偿参数

张力补偿部分仅与开环转矩模式相关。在系统加减速过程中，需要提供额外转矩克服整个系统的转动惯量，否则会出现：收卷加速时张力偏小、减速时张力偏大；放卷加速时张力偏大、减速时张力偏小。

机械惯量补偿系数（FH-33）：范围为1~10000，用于补偿系统本身的固定转动惯量（包括电机、传动系统、卷轴等），与卷径无关。调试方法：空卷或小卷时，若加速过程材料张力变小则加大该系数，反之则减小。

材料密度（FH-34）和材料宽度（FH-35）：这两个参数与材料惯量补偿有关，变频器根据该参数和卷径自动计算材料惯量补偿值。材料惯量随卷径变化而变化，通过密度和宽度参数实现动态补偿。

摩擦补偿系数（FH-36）：范围为0.0%~50.0%。以收卷为例，摩擦阻力使材料张力变小，尤其在小卷时影响更明显，同时使张力不线性。设定此参数可改善摩擦阻力的影响。

高速力矩补偿系数（FH-51）：范围为-50.0%~+50.0%。部分系统高速和低速阻力不一致，仅用恒定摩擦补偿转矩无法全程获得恒定张力，此参数可弥补系统高速段的阻力差异，意义为额定转矩的百分量。FH-52补偿依据选择补偿参照量为频率或线速度。

端子张力补偿功能（FH-71/FH-72）：当设定为46#功能的端子闭合时，在原张力基础上叠加FH-71张力补偿值（-100.0%~+100.0%）；端子断开时，叠加的张力在FH-72设定时间（0.000~10.000s）内逐渐撤销为0。此功能在张力控制模式下有效，适用于拉丝机等需要临时张力调整的应用。

六、PID参数与控制模式选择

MD330支持两组PID参数，适用于闭环速度控制模式。第一组PID参数在FA组设定（FA-05比例增益P、FA-06积分时间I、FA-07微分时间D），第二组PID参数在FH组设定（FH-41比例增益P2、FH-42积分时间I2、FH-43微分时间D2）。

FH-44 PID参数自动调整依据决定两组PID参数的使用方式：

设定值	调整依据	说明
0	只用第一组PID参数	第二组PID参数无效
1	根据卷径调节	空卷时使用第一组，满卷时使用第二组，中间连续变化
2	根据运行频率调节	零速时使用第一组，最大频率时使用第二组，中间连续变化
3	根据线速度调节	零速时使用第一组，最大线速度时使用第二组，中间连续变化

张力闭环控制调节限幅（FH-49）：范围为0.0%~100.0%，设定PID调节器输出限幅，该限幅相对于整个系统速度。FH-50调节限幅偏置：如果该量为0，则系统零速时调节器不起作用，适当设置偏值可避免此问题。

收放卷模式选择：FH-01卷曲模式选择0（收卷）或1（放卷），可与收放卷切换端子（功能38）配合使用。当收放卷切换端子无效时，实际卷曲模式与FH-01设置相同；有效时与FH-01设置相反。张力方向固定为收卷张力方向，收放卷切换时只需更改FH-01或用端子切换，不需同时改变正反转运行指令。FH-02放卷反向收紧选择控制启动时是否允许电机反向旋转主动收紧材料。

FH-03机械传动比（0.01~300.00）定义为电机转速/卷轴转速，在张力控制时必须正确设定。

七、自动换卷与辅助功能

预驱动功能：在运行中换卷时，为防止产生过大冲击，需将收卷轴（放卷轴）提前旋转起来，旋转线速度与运行中材料线速度一致。当预驱动端子（功能34）有效时，变频器根据检测到的线速度和卷径自动计算输出频率使线速度匹配。FH-45预驱动速度增益（-50.0%~+50.0%）可调整线速度匹配关系，设为负值时预驱动辊表面速度低于材料线速度。FH-46预驱动转矩限幅选择0（F2-09设定）或1（根据张力设定限幅），FH-47预驱动转矩增益（-50.0%~+50.0%）可调整预驱动时的转矩限幅值。

预驱动时一般需要暂停卷径计算：可通过卷径计算停止端子（功能39）控制，或将FH-55设为1（停止计算）。FH-56预驱动结束后卷径计算停止延迟时间（0.0~10.0s）决定预驱动结束后经过多久卷径才开始计算，防止预驱动结束瞬间卷径计算波动过大。

断料自动检测：FH-37断料自动检测功能选择（0=无效/1=有效），仅在用线速度计算卷径时有效。变频器根据计算的卷径异常变化检测断料，三个条件同时满足时报ERR24故障：线速度高于FH-38设定值（0.1~10000.0m/Min）、卷径异常变化超过FH-39设定范围（0.1%~50.0%）、异常变化持续时间超过FH-40判断延时（0.1~60.0s）。通过调整这三个参数可在防止误报和检测灵敏度之间取得平衡。

对外锥度控制输出：变频器的AO输出可设为对外锥度输出（F5-07~F5-09设为12），变频器根据张力当前比例调节对外锥度输出，用来控制比例阀等外部执行机构。FH-53选择最大输出设定方式（数字或模拟量），FH-54设定数字输出值（0.0%~100.0%）。在采用摆辊作为张力反馈时，变频器控制的是摆辊位置而非材料张力，张力由摆辊力量决定，此时对外锥度输出可用于控制比例阀调节实际张力。

模拟输出选项：F5-07~F5-09模拟输出可选择12（对外锥度控制输出）、13（卷径输出，0%~100%对应0~最大卷径）、14（张力实际值，锥度计算后）。

运行显示扩展：F7-04运行显示选择增加BIT13（卷径）和BIT14（设定张力）；F7-05停机显示选择增加BIT10（张力设定）和BIT11（卷径），停机时切换显示至卷径可通过UP/DOWN端子或按键修改卷径值。

八、扩展数字输入端子功能

MD330在MD320标准DI端子功能基础上增加了以下张力控制专用端子功能：

功能码	功能名称	说明
31	卷径复位	换新卷时将卷径复位为初始卷径
32	初始卷径选择端子1	配合功能33选择初始卷径值
33	初始卷径选择端子2	配合功能32选择初始卷径值
34	预驱动输入端子	有效时工作在预驱动模式，无效时工作在张力控制模式
35	计圈信号	厚度累计法计算卷径时用于计卷轴转的圈数
36	转矩记忆	保留功能
37	记忆转矩使能	保留功能
38	收放卷切换	有效时实际卷曲模式与FH-01设定取反
39	卷径计算停止	需要卷径计算暂停时使用
40	厚度选择端子1	配合功能41选择数字设定厚度
41	厚度选择端子2	配合功能40选择数字设定厚度
42	张力控制禁止端子	有效时相当于将FH-00设为0
43	张力提升端子	有效时控制张力按FH-57设定比例提升
44	直流制动	触发直流制动功能
45	高低档切换端子	配合FH-68高低档比例使用
46	转矩补偿使能	配合FH-71/FH-72实现端子张力补偿

FH-57张力提升比例（0.0%~200.0%）定义张力提升端子有效时的张力提升幅度。FH-66卷径运行中复位选择决定运行中是否允许卷径复位。FH-67/FH-68为旋臂绞模式专用参数，FH-67选择绞弓速度输入源，FH-68设定高低档比例（0.01~100.00）。

九、故障代码与排查

MD330作为MD320的张力控制专用版本，继承了MD320的全部故障保护功能（Err01~Err23），同时增加了张力控制专用故障。以下列出关键故障代码及排查方法：

故障代码	故障名称	排查方法
Err01	逆变单元保护	检查输出侧短路；检查电机绝缘；降低载波频率
Err02	加速过电流	检查加速时间（F0-17）；检查电机参数；检查张力设定是否过大；检查惯量补偿系数
Err03	减速过电流	延长减速时间；检查制动电阻配置；检查惯量补偿系数是否过大
Err04	恒速过电流	检查负载突变；检查电机参数；检查卷径计算是否异常跳变
Err05	加速过电压	检查输入电压；延长加速时间；检查制动电阻
Err06	减速过电压	延长减速时间；加装制动电阻或能量回馈单元；检查放卷惯量
Err09	欠压故障	检查输入电压是否偏低；检查电源容量
Err10	变频器过载	检查张力设定是否过大；检查机械传动比设置；核实变频器容量
Err11	电机过载	检查F9-00/F9-01过载保护参数；检查电机散热；检查机械卡阻
Err14	散热器过热	降低载波频率；检查风扇和风道；检查环境温度
Err20	码盘故障	检查编码器接线；检查PG卡安装；确认F2-11编码器脉冲数；检查编码器电源（开环转矩模式必须配编码器）
Err22	变频器硬件故障	多为硬件过流或过压触发；寻求厂家服务
Err23	电机对地短路	用兆欧表测量电机和输出线绝缘电阻
Err24	断料故障	检查材料是否断裂；调整FH-38/FH-39/FH-40断料检测参数防止误报；仅在FH-37=1且线速度计算卷径模式下有效

张力控制常见问题排查：

• 开环转矩模式下张力不稳定：确认变频器工作在闭环矢量控制方式（F0-01=1）；检查编码器安装和接线；检查FH-03机械传动比设置是否正确；调整FH-33机械惯量补偿系数和FH-36摩擦补偿系数。
• 加减速时张力波动大：加大FH-33惯量补偿系数（加速时张力偏小）或减小（加速时张力偏大）；检查FH-34/FH-35材料密度和宽度设置是否正确。
• 卷径计算不准确：检查FH-28最大线速度设置是否与牵引变频器匹配；确认FH-29卷径计算最低线速度设置合理（不低于最大线速度的20%）；检查FH-17卷径滤波时间是否过短。
• 闭环速度模式下PID振荡：减小FA-05比例增益P；加大FA-06积分时间I；检查FH-49调节限幅设置是否过大。
• 收卷成型不良（内紧外松或外紧内松）：调整FH-09张力锥度系数；设置FH-61/FH-63锥度拐点实现分段锥度控制；检查FH-59锥度补偿修正量。