采用艾默生通用变频器实现的切纸机应用方案双头螺柱

采用艾默生通用变频器实现的切纸机应用方案

采用艾默生通用变频器实现的切纸机应用方案 2011年12月10日 来源： 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 （3）同时我们可以采用切纸辊的转速 ，求出T2 （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，那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，代入式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

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