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Danfoss變頻器在切紙機的應用

Danfoss變頻器在切紙機的應用

2011/9/23 9:10:00

前言

切紙機是廣泛應用于印刷工業的一種傳統印后設備,它主要用于造紙廠的紙張與印刷企業紙張切割及印刷品的加工。目前國產切紙機采用單電機傳動,電氣結構簡單,機械加工精度不夠,裁切紙張的一致性不好,生產效率低,廢品率高。生產時推紙器定位必須靠人的肉眼,然后停下電機再搬動手輪,進行微調校準,最后再落刀裁切,整個操作過程繁瑣復雜,手腦并用,要想熟練使用必須經長時間磨練。

本系統采用全數字化控制,通過觸摸屏輸入切紙參數,由控制器來計算電機的轉速,串行通訊給定變頻的頻率,利用變頻器的閉環控制來精確控制電機轉速。此系統具有控制精確高、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

1切紙機設備原理圖

 

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。

圖中有四臺電機驅動設備運行,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的轉動,切紙電機1、2分別帶動切刀12的轉動。

在控制過程中,送紙電機1、2始終保持轉速一致,送紙電機轉速由操作工人通過觸摸屏設定實時改變。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保持同步關系。

本系統要求:     切紙速     70m/min

                 切紙最大誤差 ≦1mm

                 切紙尺寸     505-1505mm

2 系統的電氣設計

2.1控制系統原理介紹

 

 2 系統電氣原理圖

如圖所示切紙機電氣控制系統由上位機、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定送紙速度,切紙長度等參數,由控制器根據輸入的參數計算各電機的轉速,然后通過串行FC總線協議向各變頻器發送運行指令。變頻內部進行速度閉環來精度控制轉速。

  系統中在控制器內部建立起各電機轉速的數學公式,通過串行總線向變頻器發送運行指令,變頻內部只需設定通訊參數即可接收到控制器發送的指令。在控制器內部按照Danfoss內部的FC協議格式編寫自由口指令,在此須注意的是控制器內部的通訊參數設置必須和變頻內部一致,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,使用字節奇偶校驗和塊傳送異或校驗方法,從機地址最多可以設定到126。每個電碼由一個起始字節(STX)開始,這個起始字節為STX=02H,隨后緊跟一個表示電碼長度(LGE)的字節和表示變頻器地址的字節(ADR),然后是一些數據字節。整個電碼由一個數據控制字節(BCC結束位)來結束。具體格式請參考變頻器設計指南。

控制器編寫好通訊協議程序后,觸摸屏設定工藝參數并且啟動運行,控制器即可依次向各變頻器發送通訊指令。本系統采用西門子CPU226CN作為控制器。在通訊運行指令向各個變頻器發送之后,具體實施的怎么樣就要看變頻內部速度閉環的控制情況了。此系統較難把握的是:在不用伺服系統和其他運動卡件的情況下,如何使運動系統達到比較高的轉速精度來保持較低的切紙誤差。采用Danfoss變頻器速度閉環控制,并采用VVCplus(電壓矢量帶反饋)控制原理能較容易的實現其精度要求。在此項目中Danfoss 變頻家族中的VLT2900FC300速度閉環控制以較高的精度,穩定的性能出色的完成了這一任務。在實際生產中達到了工藝要求,并得到了顧客的認可。

2.2系統設計注意事項

在調試過程時必須配置好各個相關參數,否則速度閉環控制不能執行。

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致閉環失敗,具體狀況是VLT2900出現高于實際頻率5Hz運行,FC300出現A60編碼器丟失故障。

2 FC300變頻相序應正確

因為FC300接受的AB兩相編碼信號,存在正反向問題,所以根據實際情況調整AB相序。相序調整不當同樣會出現A60故障。

3 VLT2900 參數設置問題

VLT2900閉環參數設置與FC300不完全一樣,這樣如果按設置FC300參數的邏輯設定2900往往會出現錯誤。除此之外2900內部參數中設定編碼器線數比較抽象,很容易導致閉環失敗。

VLT2900閉環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。閉環失敗原因無非是參數設置和信號反饋問題,在編碼器選擇安裝正確后,參數設置就顯得尤為重要了。

下面是列舉了較容易出錯的參數

1)參數205“最大設定值” 單位是RPM而非HZ,設定時應注意。

2)參數327“脈沖給定/回授值”是設定編碼器線數,

計算公式計算如下:

          327參數值=編碼器線數*205參數/60

3)參數30733端子功能”設置為29“脈沖回授”,而非同FC300設置為“無功能”。

4 PID參數設定問題

良好的PID設定值能使系統保持良好的動態性能,并能最大限度的減少誤差的存在。在現場應根據實際情況合理的配置PID參數,以使系統在最佳狀態運行。另外還應合理設置“低通濾波時間”(通常此參數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,從而提高系統的穩定性能。

5編碼器信號的處理

編碼器信號出現問題是在工控領域中比較常見的,往往因為編碼器固定不牢,或因周圍干擾引起脈沖丟失現象而導致反饋信號不準。

在安裝編碼器時不準有松動現象,延長信號線時應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。

 

結束語

本系統是運動控制系統中最常見的同步傳動的一種控制方式,在工業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中常常采用伺服控制,成本相對來說比較高。在本系統中使用了普通的異步電機,并采用Danfoss驅動器能比較輕松的達到了同步控制精度的要求,大大節約了成本,有著廣泛的應用前景。

 

 
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