Danfoss變頻器在切紙機的應用_：Danfoss變頻器_

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(yè)的一種傳統(tǒng)印后設備，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，電氣結構簡單，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，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(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(tǒng)要求：切紙速度 ≦70m/min

切紙最大誤差 ≦1mm

切紙尺寸 505-1505mm

2 系統(tǒng)的電氣設計

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(xié)議程序后，觸摸屏設定工藝參數(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。在實際生產(chǎn)中達到了工藝要求，并得到了顧客的認可。

2.2系統(tǒng)設計注意事項

在調(diào)試過程時必須配置好各個相關參數(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)整不當同樣會出現(xiàn)A60故障。

3 VLT2900 參數(shù)設置問題

VLT2900閉環(huán)參數(shù)設置與FC300不完全一樣，這樣如果按設置FC300參數(shù)的邏輯設定2900往往會出現(xiàn)錯誤。除此之外2900內(nèi)部參數(shù)中設定編碼器線數(shù)比較抽象，很容易導致閉環(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)設置和信號反饋問題，在編碼器選擇安裝正確后，參數(shù)設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“最大設定值” 單位是RPM而非HZ,設定時應注意。

2）參數(shù)327“脈沖給定/回授值”是設定編碼器線數(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”設置為29“脈沖回授”，而非同FC300設置為“無功能”。

4 PID參數(shù)設定問題

良好的PID設定值能使系統(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。另外還應合理設置“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)象而導致反饋信號不準。

在安裝編碼器時不準有松動現(xiàn)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(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，有著廣泛的應用前景。