一些特定的场合,采用特殊的软件,可以实现一定程度的位置控制. 下文可惜一些公式是图形文件,不能正确显示. 采用通用变频器实现的切纸机应用方案 摘 要：本文提出一种采用通用高性能矢量控制变频器实现的切纸机控制系统，重点论述了该系统的组成、原理及精度分析。 关键词：同步控制 伺服 切纸机 Abstract: The control system of paper cutting machine is presented in this paper, in which the general high performance vector control inverters are used. The composition, control theory and accuracy analysis of the system are discussed. Keywords: Locking control , Server, Paper cutting machine 一、引言 在造纸行业中，经常需要高精度同步控制，特别是切纸机这样的机械，对于位置精度要求极高的情况下，靠通用变频器速度控制已经难以满足要求，一般只有采用直流或者交流伺服来解决，成本较高。本文针对这一情况，提出了采用艾默生网络能源有限公司生产的TD3000通用变频器的实现方案。 二、 系统组成 图1 采用通用变频器控制的切纸机系统 图1中只画出有送纸和切纸相关部分的连接图，放卷控制和传送带控制等无关部分在图中未画出。1# INV采用标准TD3000产品，2# INV采用具有伺服功能的TD3000非标变频器，两台变频器由PLC通过RS485通信来控制。1# 变频器采用闭环矢量速度控制模式，速度精度可以达到0.1%以上，控制送纸辊的转速，同时送纸电机的速度经过X8进入2# 变频器作为同步跟踪控制的脉冲输入源，用来控制切纸辊的转动速度和位置。 三、 工作原理框图 图2 切纸机控制原理框图 1、 原理分析 INV 1# 工作于闭环矢量控制，K1为送纸机械减速比；INV 2# 工作于伺服控制模式，其中K通过上位机来设定，由切纸长度唯一确定，K2为切纸机械减速比。闭环矢量控制的速度、电流控制双闭环原理框图在图中未画出。K的推导计算如下： 送纸线速度 (m/s) （1） 切纸长度 (m) （2） 式中， N1为送纸电机转速，K1为送纸机械减速比，V1为线速度，D1为送纸辊的直径，T2为切纸辊转动一圈的周期。 由式（2）、式（1）得 （s） （3） 同时我们可以采用切纸辊的转速 ，求出T2 （s） （4） 由式（3）与式（4）相等，即 整理得 （5） 定义式（5）为跟踪速度增益K （6） 改变不同的纸的长度L，可根据式（6）求出不同增益K，只要上位机实时地改变K，就可以实时调整切纸的长度。另外，需要注意的一点是，在本文的分析中，隐含了一个前提，哪就是切纸辊旋转一周，即完成一次切纸过程。证明过程如下： 切纸线速度 (m/s) （7） 式中，D2为切纸辊的直径。 由式（1）与式（7）相等，可以求出 （8） 对照式（6）和式（8），可以得到 ，即 。 2、精度分析 a、跟踪误差 由于INV 2# 采用伺服控制，由于送纸电机的加减速过程一般比较缓慢，加减速时间可达到30到60秒，甚至更长，因此切纸机位置动态跟踪误差可以做到五个脉冲以内，则整个切纸过程跟踪最大误差 可以控制在式（9）要求的范围内。在稳态过程中，由于TD3000闭环矢量的高精度，可以保证稳态跟踪误差小于两个脉冲，跟踪稳态误差只有动态1/4。 （9） 式中， 为误差脉冲数， 编码器每转脉冲数。可以看出编码器每转脉冲数增大，可以减小跟踪误差，但是由于编码器接口速度限制，一般不超过50kHz，选用2000P/R的编码器已经到了极限。假设D2为400mm，P为2000P/R，K2为14，带入式9，可以求出最大跟踪误差为0.22mm，稳态跟踪误差为0.08mm。 b、速度分辨率误差 1#1NV变频器频率分辨率为0.01Hz，对应电机转速分辩率为0.3rpm（按照4极电机考虑），经过X8输入对应每分钟脉冲为600个，每秒种则对应10个。根据(a)的计算，速度分辩率造成的误差将小于0.44mm/s，假设切纸机的最高线速度为2m/s，速度精度将达到万分之二，完全可以满足高速切纸机的要求。实际上，由于在本方案中，INV 2# 完全跟踪INV 1# 转速和位置，即使有速度分辨率误差，对输出切纸精度也无任何影响。 c、跟踪速度增益K的分辨率对精度的影响 假设切纸长度为550~1350mm，最大车速为2000mm/s，送纸辊的直径为400mm, 送纸机械减速比K1为16，切纸机械减速比K2为14，通过式（6）可以计算出K的变化范围为0.814~1.998。 增益K的设定范围为0.000~9.999，分辨率为0.001，如果采用2000P/R的编码器，电机最大转速为1440rpm，对应最大脉冲频率为48KHZ，对应最大分辨误差为24P/s（1/2*0.001*48KHz）。考虑在最大车速2m/s的情况下，最大绝对误差应该对应最大切纸长度1.35m/s的时候，即 个脉冲，对应绝对误差根据式（9）计算为0.717mm。需要说明一点的是，此精度只影响设定长度，并不影响切纸长度的一致性。 四、 调试及注意问题 运行调试时，必须保证送纸电机和切纸电机处于完全停机状态，通过上位机或者外部端子，先让切纸电机运行，后再让送纸电机运行，同时给送纸电机设定频率。送纸电机驱动变频器的加减速时间可设定为30~60s，而切纸电机驱动变频器在不过压过流的情况下，可以设定最短的加减速时间，一般小于0.5s，在精度要求较高的场合，需要快速的起制动控制，有必要添加制动电阻或者制动单元（30KW以上变频器）。 由于位置控制对于编码器的抗干扰和可靠性有较高的要求，必须选用欧姆容等厂家高可靠性产品，输出电路形式为集电极开路输出，工作电压为24~30VDC，每转脉冲数为2000。但要特别注意，上位机软件在更改K的时候，需要设定为不存贮方式，防止常期多次存贮造成EEPROM的损坏。 五、结论 本文提出的方案具有切纸长度、相对精度与工作车速无关的优点，易于实现PLC通信的分时控制和进行切纸长度的随意调整，可大大降低低速引纸速度，可达到额定车速1/50以下，降低了工人的引纸的操作难度和强度，缩短低速引纸时间，提高了生产效率。另外，该方案还可以应用在其他如造纸、起重等需要高精度同步跟踪控制的场合，对于各种需要同步控制的场合有一定的参考价值。

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