采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制———在切纸机中的

［摘要］：在造纸行业中，经常需要高精度位置同步控制，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，靠普通变频器的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，本文针对这一情况，提出了采用汇川MD320带简易伺服功能变频器，实现高精度位置同步控制在切纸机中的应用方案。［关键词］： 编码器 电机 伺服 流量计
  一、 引言
        在造纸行业中，经常需要高精度位置同步控制，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，靠普通变频器的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，本文针对这一情况，提出了采用汇川MD320带简易伺服功能变频器，实现高精度位置同步控制在切纸机中的应用方案。

  二、 系统组成

   
                                                                 图1采用变频器控制的切纸机系统         图1中只画出了和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#VF采用标准MD320变频器，2# VF采用带简易伺服功能的MD320非标变频器，两台变频器都由PLC通过RS485通信来控制。1#VF变频器采用闭环矢量速度控制模式，速度精度可达0.1%以上，用来控制控制送纸辊的转速。同时送纸电机的A相速度脉冲，通过2# VF变频器高速数字输入口DI5输入，作为同步跟踪控制的脉冲输入源，2# VF采用简易伺服功能控制模式，用来控制切纸辊的转动速度和位置。
三、 带简易伺服功能的MD320非标变频器的突出特点：
1．同步控制：实时调整切纸辊运行频率，使切纸辊旋转的脉冲数与DI5输入的脉冲数相同，实现高精度无差同步控制，并且两路脉冲的比例关系可随意设定（通讯设定：FE-00）即可设定切纸长度；
2．位置控制：在同步控制过程中进行位移控制，若要调节材料的松紧度，通过UP/DOWN端子调节切纸辊，进行前后位移调整；
3．自动转速提升：为防止下刀时挡纸，可自动进行转速提升（FE-02设为4），自动转速提升是通过检测送纸速度，然后通过切纸辊直径（FE-04）和切纸辊减速比（FE-05）自动计算的频率，使切纸辊的线速度在下刀瞬间与材料线速度相一致，转速提升后对累计的脉冲误差进行快速调整。
4．步进控制功能：可以设定步进脉冲数，用步进给定端子设定位移量，每步的步进量由FE-09设定，用步进控制端子实现定长控制。四、工作原理框图   五、 原理分析
        1#VF变频器工作于闭环矢量控制模式，K1为送纸机械减速比；2#VF变频器工作于伺服控制模式，其中K通过上位机进行通讯设定，由切纸长度L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：
        在变频器MD320简易伺服非标功能说明中的（FE-00）定义为脉冲比例设定；（FE-00）脉冲比例设定是指从DI5输入的指令脉冲与切纸机变频器所带电机的编码器脉冲的比例，也就是当DI5输入一个脉冲需要切纸机电机转过几个脉冲。
用于切纸机，根据切纸长度计算脉冲比例方法如下：         比较 式(10)与式(6)完全相等，故（FE-00）脉冲比例设定和跟踪速度增益K，两者是完全相同的，只是表述略有区别。
        综上分析：改变不同的纸张长度L，可根据式(10)求出不同的脉冲比例设定（FE-00），只要上位机实时地用通讯设定方式改变（FE-00）设定数值，就可以实时地调整切纸的长度。另外，特别需要注意的一点是，在本文的分析中，隐含了一个前提，那就是切纸辊旋转一周，即完成一次切纸过程。也就是L= ，本文中证明过程省略。        六、 精度分析1、 跟踪误差
        由于2#VF采用简易伺服控制，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30秒到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(11)要求的范围内。在稳态过程中，由于MD320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。