Danfoss變頻器在切紙機的應(yīng)用
前言
切紙機是廣泛應(yīng)用于印刷工業(yè)的一種傳統(tǒng)印后設(shè)備,它主要用于造紙廠的紙張與印刷企業(yè)紙張切割及印刷品的加工。目前國產(chǎn)切紙機采用單電機傳動,電氣結(jié)構(gòu)簡單,機械加工精度不夠,裁切紙張的一致性不好,生產(chǎn)效率低,廢品率高。生產(chǎn)時推紙器定位必須靠人的肉眼,然后停下電機再搬動手輪,進行微調(diào)校準(zhǔn),最后再落刀裁切,整個操作過程繁瑣復(fù)雜,手腦并用,要想熟練使用必須經(jīng)長時間磨練。
本系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制,通過觸摸屏輸入切紙參數(shù),由控制器來計算電機的轉(zhuǎn)速,串行通訊給定變頻的頻率,利用變頻器的閉環(huán)控制來精確控制電機轉(zhuǎn)速。此系統(tǒng)具有控制精確高、操作簡單、誤差小、靈活性強等特點。
1 切紙機系統(tǒng)概述
1.紙卷 2 .縱切刀 3.送紙輥1 4.切刀1 5.送紙輥2
6.切紙刀2 7.皮帶1 8皮帶2 9接紙臺
圖1切紙機設(shè)備原理圖
如圖1所示:紙卷先進縱切刀切成一定尺寸的兩部分,然后進切刀1和切刀2切成橫向一定尺寸的長度。經(jīng)皮帶1,皮帶2 傳送到切紙臺,然后進行打包處理。
圖中有四臺電機驅(qū)動設(shè)備運行,其中送紙電機1帶動送紙輥1﹑皮帶1﹑皮帶2的運行,送紙電機2帶動送紙輥2的轉(zhuǎn)動,切紙電機1、2分別帶動切刀1、2的轉(zhuǎn)動。
在控制過程中,送紙電機1、2始終保持轉(zhuǎn)速一致,送紙電機轉(zhuǎn)速由操作工人通過觸摸屏設(shè)定實時改變。切紙電機1與送紙電機1按一定比例同步運行,具體的同步比例是由送紙速度和切紙尺寸決定。切紙電機2和切紙電機1原理相同,只不過是與送紙電機2保持同步關(guān)系。
本系統(tǒng)要求: 切紙速度 ≦70m/min
切紙最大誤差 ≦
切紙尺寸 505
2 系統(tǒng)的電氣設(shè)計
2.1控制系統(tǒng)原理介紹
圖2 系統(tǒng)電氣原理圖
如圖所示切紙機電氣控制系統(tǒng)由上位機、控制器、變頻器、異步電機和編碼器組成。操作工人可以通過觸摸屏設(shè)定送紙速度,切紙長度等參數(shù),由控制器根據(jù)輸入的參數(shù)計算各電機的轉(zhuǎn)速,然后通過串行FC總線協(xié)議向各變頻器發(fā)送運行指令。變頻內(nèi)部進行速度閉環(huán)來精度控制轉(zhuǎn)速。
系統(tǒng)中在控制器內(nèi)部建立起各電機轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)公式,通過串行總線向變頻器發(fā)送運行指令,變頻內(nèi)部只需設(shè)定通訊參數(shù)即可接收到控制器發(fā)送的指令。在控制器內(nèi)部按照Danfoss內(nèi)部的FC協(xié)議格式編寫自由口指令,在此須注意的是控制器內(nèi)部的通訊參數(shù)設(shè)置必須和變頻內(nèi)部一致,否則變頻器無法接收通訊指令。
Danfoss變頻器的串行通訊為異步半雙工的方式,使用字節(jié)奇偶校驗和塊傳送異或校驗方法,從機地址最多可以設(shè)定到126。每個電碼由一個起始字節(jié)(STX)開始,這個起始字節(jié)為STX=02H,隨后緊跟一個表示電碼長度(LGE)的字節(jié)和表示變頻器地址的字節(jié)(ADR),然后是一些數(shù)據(jù)字節(jié)。整個電碼由一個數(shù)據(jù)控制字節(jié)(BCC結(jié)束位)來結(jié)束。具體格式請參考變頻器設(shè)計指南。
控制器編寫好通訊協(xié)議程序后,觸摸屏設(shè)定工藝參數(shù)并且啟動運行,控制器即可依次向各變頻器發(fā)送通訊指令。本系統(tǒng)采用西門子CPU226CN作為控制器。在通訊運行指令向各個變頻器發(fā)送之后,具體實施的怎么樣就要看變頻內(nèi)部速度閉環(huán)的控制情況了。此系統(tǒng)較難把握的是:在不用伺服系統(tǒng)和其他運動卡件的情況下,如何使運動系統(tǒng)達到比較高的轉(zhuǎn)速精度來保持較低的切紙誤差。采用Danfoss變頻器速度閉環(huán)控制,并采用VVCplus(電壓矢量帶反饋)控制原理能較容易的實現(xiàn)其精度要求。在此項目中Danfoss 變頻家族中的VLT2900和FC300速度閉環(huán)控制以較高的精度,穩(wěn)定的性能出色的完成了這一任務(wù)。在實際生產(chǎn)中達到了工藝要求,并得到了顧客的認(rèn)可。
2.2系統(tǒng)設(shè)計注意事項
在調(diào)試過程時必須配置好各個相關(guān)參數(shù),否則速度閉環(huán)控制不能執(zhí)行。
具體注意以下幾點:
1 編碼信號類型的選擇問題
編碼器須采用PNP型(24V,線長不超過5m),否則變頻器不接受信號導(dǎo)致閉環(huán)失敗,具體狀況是VLT2900出現(xiàn)高于實際頻率5Hz運行,FC300出現(xiàn)A60編碼器丟失故障。
2 FC300變頻相序應(yīng)正確
因為FC300接受的AB兩相編碼信號,存在正反向問題,所以根據(jù)實際情況調(diào)整AB相序。相序調(diào)整不當(dāng)同樣會出現(xiàn)A60故障。
3 VLT2900 參數(shù)設(shè)置問題
VLT2900閉環(huán)參數(shù)設(shè)置與FC300不完全一樣,這樣如果按設(shè)置FC300參數(shù)的邏輯設(shè)定2900往往會出現(xiàn)錯誤。除此之外2900內(nèi)部參數(shù)中設(shè)定編碼器線數(shù)比較抽象,很容易導(dǎo)致閉環(huán)失敗。
VLT2900閉環(huán)失敗的癥狀是變頻器往往高于實際頻率5HZ運行,而不是飛車或報警。閉環(huán)失敗原因無非是參數(shù)設(shè)置和信號反饋問題,在編碼器選擇安裝正確后,參數(shù)設(shè)置就顯得尤為重要了。
下面是列舉了較容易出錯的參數(shù)
1)參數(shù)205“最大設(shè)定值” 單位是RPM而非HZ,設(shè)定時應(yīng)注意。
2)參數(shù)327“脈沖給定/回授值”是設(shè)定編碼器線數(shù),
計算公式計算如下:
327參數(shù)值=編碼器線數(shù)*205參數(shù)/60
3)參數(shù)307“33端子功能”設(shè)置為29“脈沖回授”,而非同FC300設(shè)置為“無功能”。
4 PID參數(shù)設(shè)定問題
良好的PID設(shè)定值能使系統(tǒng)保持良好的動態(tài)性能,并能最大限度的減少誤差的存在。在現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)實際情況合理的配置PID參數(shù),以使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)運行。另外還應(yīng)合理設(shè)置“低通濾波時間”(通常此參數(shù)與編碼器分辨率成反比),這樣能有效的衰減反饋信號的振蕩,增強抗干擾能力,從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。
5編碼器信號的處理
編碼器信號出現(xiàn)問題是在工控領(lǐng)域中比較常見的,往往因為編碼器固定不牢,或因周圍干擾引起脈沖丟失現(xiàn)象而導(dǎo)致反饋信號不準(zhǔn)。
在安裝編碼器時不準(zhǔn)有松動現(xiàn)象,延長信號線時應(yīng)用抗干擾性強的屏蔽線,并保持良好的接地。另外動力線和信號線應(yīng)單獨交叉走線,若平行走線時不能相隔太近,以免干擾信號。
結(jié)束語
本系統(tǒng)是運動控制系統(tǒng)中最常見的同步傳動的一種控制方式,在工業(yè)控制中電機之間的同步運動最為常見,一般在運動精度比較高的系統(tǒng)中常常采用伺服控制,成本相對來說比較高。在本系統(tǒng)中使用了普通的異步電機,并采用Danfoss驅(qū)動器能比較輕松的達到了同步控制精度的要求,大大節(jié)約了成本,有著廣泛的應(yīng)用前景。

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