采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制(718马洪)[整理]

采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制(718马洪)[整理] 采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制 在切纸机中的应用 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (一) 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 测控部 马洪 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 实现高精度位置同步控制决，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， 在切纸机中的应用方案。 二、 系统组成 V1 送纸辊切纸辊 减速比K1减速比K2 PG1PG2送纸电机M1切纸电机M2MM AAADI51#VF2#VFBB RS485 PLC 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 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 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 设定 速度PI1#VFM1K1送纸辊 PG1 PPI2#VFM2K*?K2切纸辊 PG2? 图2切纸机控制原理框图 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: N1,,D1, 送纸线速度 V1= (m/s) (1)K1,60 V1,T2 切纸长度 L=(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。 L,K1,60L 由式(2)、式(1)得 T2== (S) (3)N1,,,D1V 同时我们可以采用切纸辊的转速N2’; K2为切纸机械减速比;求出T2 606060,K2 T2=== (S) (4)N2'N2/K2N2 L,K1,6060,K2 由式(3)与式(4)相等，即=整理得: N1,,,D1N2 K2,,D1,N2 = (5)N1K1,L1 K2,,D1, 定义式(5)为跟踪速度增益K K= (6)K1,L 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: (F2,11B),K2FE-00= (7)n,L 其中F2-11B为切纸机旋转编码器每转脉冲数;K2为切纸机减速比;n为送纸脉冲的每米脉冲数;L为切纸长度;F2-11A为送纸机旋转编码器每圈脉冲数; K1,(F2,11A)式中，n= (8),,D1 当选择切纸机旋转编码器每转脉冲数(F2-11B)与送纸机旋转编码器每转脉冲数(F2-11A)相同;即(F2-11B)= (F2-11A) (9) K2,,D1,由式(8)、式(7)得 FE-00= (10)K1,L 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 ,,D2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Egm 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。 PD2,,, (11),,EgmPK2 ,P式中，P为误差脉冲数，为旋转编码器每转脉冲数。可以看出编码器每转脉冲增大，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50Hz,选用2000P/R的编码器已经达 到了极限。假设D2为400mm，P为2000P/R，K2为14，代入式(11)可以求出最大跟踪误差为 0.22mm，稳态跟踪误差为0.08mm。 2、 速度分辨率误差 1#VF变频器频率分辨率为0.01Hz，对应电机转速分辨率为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，每秒钟则对应10个。根据(1)的计算，速度分辨率造 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，2#VF完全跟踪1#VF转速和位置，即使 有速度分辨率误差，对切纸精度也无任何影响。 3、 脉冲比例设定(FE-00)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D1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(10)可以计算出脉冲比例设定(FE-00)的变化范围为0.814,1.998。 脉冲比例设定(FE-00)的设定范围为0.000,30.000，分辨率为0.001，如果采用2000P/R的旋转编码器，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。对应绝对误差根据式(11)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。 七、 调试及注意问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 运行调试时，首先必须保证送纸电机和切纸电机处于完全停机状态，然后通过上位机或外部端子，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。送纸变频器的加减速时 60S，而切纸变频器的加减速时间，在不过压过流的情况下，可以设定最短的加减间可设定为30, 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制动单元(18.5KW以上变频器)。送纸电机和切纸电机最好选用变频电机。 由于位置控制对于编码器的抗干扰和可靠性都有较高的要求，必须选用欧姆龙等厂家高可靠性的产品，输出电路形式为集电极开路输出工作电压为12,24VDC，每转脉冲数为2000P/R。*这里要特别注意，上位机软件在更改脉冲比例设定(FE-00)的时候，需要设定为不存储方式，防止常期多次存储造成EEPROM的损坏。 八、 总结 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通讯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，可达额定车速1/50以下，降低了工人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。 总之，该系统为双电机系统，适用于即需要严格的速度同步控制，也需要精密的位置控制的系统。可完成诸如高速精确定位，复杂轮廓加工，角度和速度的准确同步(随动跟踪)等各种简单的伺服控制任务，它应用广泛，不仅适用于切纸机，对其它系统如印刷多色套准控制、枕式包装机横切刀定位控制、蜡染机蜡染辊速度同步控制、印花机多色套准控制、精密浇铸起重机、高速横切机、高速定位及曲线切割控制、食品医药流体高速定量灌装等，各种需要高速同步定位控制的场合，本方案有一定的参考价值。在其它系统的应用方案，我们以后将再做探讨。