工控自動化應用方案：采用艾默生通用變頻器實現的切紙機應用方案

采用艾默生通用變頻器實現的切紙機應用方案

一、引言
在(zai)造(zao)紙(zhi)行(xing)業(ye)中(zhong)，經(jing)常(chang)需(xu)要(yao)高(gao)精(jing)度(du)同(tong)步(bu)控(kong)製(zhi)，特(te)別(bie)是(shi)切(qie)紙(zhi)機(ji)這(zhe)樣(yang)的(de)機(ji)械(xie)，對(dui)於(yu)位(wei)置(zhi)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)極(ji)高(gao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，靠(kao)通(tong)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)已(yi)經(jing)難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)，一(yi)般(ban)隻(zhi)有(you)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)或(huo)者(zhe)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)來(lai)解(jie)決(jue)，成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)。本(ben)文(wen)針(zhen)對(dui)這(zhe)一(yi)情(qing)況(kuang)，提(ti)出(chu)了(le)采(cai)用(yong)艾(ai)默(mo)生(sheng)網(wang)絡(luo)能(neng)源(yuan)有(you)限(xian)公(gong)司(si)生(sheng)產(chan)的(de)TD3000通用變頻器的實現方案。
二、係統組成

圖1 采用通用變頻器控製的切紙機係統
圖1中隻畫出有送紙和切紙相關部分的連接圖，放卷控製和傳送帶控製等無關部分在圖中未畫出。1# INV采用標準TD3000產品，2# INV采用具有伺服功能的TD3000非標變頻器，兩台變頻器由PLC通過RS485通信來控製。1# 變頻器采用閉環矢量速度控製模式，速度精度可以達到0.1%以上，控製送紙輥的轉速，同時送紙電機的速度經過X8進入2# 變頻器作為同步跟蹤控製的脈衝輸入源，用來控製切紙輥的轉動速度和位置。
三、工作原理框圖

圖2 切紙機控製原理框圖
1、原理分析
INV 1# 工作於閉環矢量控製，K1為送紙機械減速比；INV 2# 工作於伺服控製模式，其中K通過上位機來設定，由切紙長度唯一確定，K2為切紙機械減速比。閉環矢量控製的速度、電流控製雙閉環原理框圖在圖中未畫出。K的推導計算如下：
送紙線速度

(m/s) （1）

(m) （2）
式中， N1為送紙電機轉速，K1為送紙機械減速比，V1為線速度，D1為送紙輥的直徑，T2為切紙輥轉動一圈的周期。
由式（2）、式（1）得

（s）（3）
同時我們可以采用切紙輥的轉速，求出T2

（s）（4）
由式（3）與式（4）相等，即[upload=jpguploadfiles/200681410333417864.jpg[/upload]
（5）
定義式（5）為跟蹤速度增益K

改變不同的紙的長度L，可根據式（6）求出不同增益K，隻要上位機實時地改變K，jiukeyishishitiaozhengqiezhidechangdu。lingwai，xuyaozhuyideyidianshi，zaibenwendefenxizhong，yinhanleyigeqianti，najiushiqiezhigunxuanzhuanyizhou，jiwanchengyiciqiezhiguocheng。zhengmingguochengruxia：
切紙線速度

(m/s) （7）
式中，D2為切紙輥的直徑。
由式（1）與式（7）相等，可以求出

（8）
對照式（6）和式（8），可以得到[upload=jpguploadfiles/200681410372375923.jpg[/upload]
，即

2、精度分析
a、跟蹤誤差
由於INV 2# 采用伺服控製，由於送紙電機的加減速過程一般比較緩慢，加減速時間可達到30到60秒，甚至更長，因此切紙機位置動態跟蹤誤差可以做到五個脈衝以內，則整個切紙過程跟蹤最大誤差可以控製在式（9）要求的範圍內。在穩態過程中，由於TD3000閉環矢量的高精度，可以保證穩態跟蹤誤差小於兩個脈衝，跟蹤穩態誤差隻有動態1/4。

（9）
式中，為誤差脈衝數，編碼器每轉脈衝數。可以看出編碼器每轉脈衝數增大，可以減小跟蹤誤差，但是由於編碼器接口速度限製，一般不超過50kHz，選用2000P/R的編碼器已經到了極限。假設D2為400mm，P為2000P/R，K2為14，代入式9，可以求出最大跟蹤誤差為0.22mm，穩態跟蹤誤差為0.08mm。
b、速度分辨率誤差
1#1NV變頻器頻率分辨率為0.01Hz，對應電機轉速分辯率為0.3rpm（按照4極電機考慮），經過X8輸入對應每分鍾脈衝為600個，每秒種則對應10個。根據(a)的計算，速度分辯率造成的誤差將小於0.44mm/s，假設切紙機的最高線速度為2m/s，速度精度將達到萬分之二，完全可以滿足高速切紙機的要求。實際上，由於在本方案中，INV 2# 完全跟蹤INV 1# 轉速和位置，即使有速度分辨率誤差，對輸出切紙精度也無任何影響。
c、跟蹤速度增益K的分辨率對精度的影響
假設切紙長度為550~1350mm，最大車速為2000mm/s，送紙輥的直徑為400mm, 送紙機械減速比K1為16，切紙機械減速比K2為14，通過式（6）可以計算出K的變化範圍為0.814~1.998。
增益K的設定範圍為0.000~9.999，分辨率為0.001，如果采用2000P/R的編碼器，電機最大轉速為1440rpm，對應最大脈衝頻率為48KHZ，對應最大分辨誤差為24P/s（1/2*0.001*48KHz）。考慮在最大車速2m/s的情況下，最大絕對誤差應該對應最大切紙長度1.35m/s的時候，即個脈衝，對應絕對誤差根據式（9）計算為0.717mm。需要說明一點的是，此精度隻影響設定長度，並不影響切紙長度的一致性。
四、調試及注意問題
運yun行xing調tiao試shi時shi，必bi須xu保bao證zheng送song紙zhi電dian機ji和he切qie紙zhi電dian機ji處chu於yu完wan全quan停ting機ji狀zhuang態tai，通tong過guo上shang位wei機ji或huo者zhe外wai部bu端duan子zi，先xian讓rang切qie紙zhi電dian機ji運yun行xing，後hou再zai讓rang送song紙zhi電dian機ji運yun行xing，同tong時shi給gei送song紙zhi電dian機ji設she定ding頻pin率lv。送song紙zhi電dian機ji驅qu動dong變bian頻pin器qi的de加jia減jian速su時shi間jian可ke設she定ding為wei30~60s，而切紙電機驅動變頻器在不過壓過流的情況下，可以設定最短的加減速時間，一般小於0.5s，在精度要求較高的場合，需要快速的起製動控製，有必要添加製動電阻或者製動單元（30KW以上變頻器）。
由you於yu位wei置zhi控kong製zhi對dui於yu編bian碼ma器qi的de抗kang幹gan擾rao和he可ke靠kao性xing有you較jiao高gao的de要yao求qiu，必bi須xu選xuan用yong歐ou姆mu龍long等deng廠chang家jia高gao可ke靠kao性xing產chan品pin，輸shu出chu電dian路lu形xing式shi為wei集ji電dian極ji開kai路lu輸shu出chu，工gong作zuo電dian壓ya為wei24~30VDC，每轉脈衝數為2000。但要特別注意，上位機軟件在更改K的時候，需要設定為不存貯方式，防止常期多次存貯造成EEPROM的損壞。
五、結論
本文提出的方案具有切紙長度、相對精度與工作車速無關的優點，易於實現PLC通信的分時控製和進行切紙長度的隨意調整，可大大降低低速引紙速度，可達到額定車速1/50以下，降低了工人引紙的操作難度和強度，縮短低速引紙時間，提高了生產效率。另外，該方案還可以應用在其他如造紙、起重等需要高精度同步跟蹤控製的場合，對於各種需要同步控製的場合有一定的參考價值。

狀　態：離線

公司簡介
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 供應信息

公司名稱：	艾默生CT
聯係人：	銷售部
電　　話：	021-54260668
傳　　真：
地　　址：	上海市桂平路418號興園科技廣場17樓
郵　　編：	200233
主　　頁：	http://www.emerson-ct.cn

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