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1、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，实现高精度位置同步控制在切纸机中 的应用方案。二、 系统组成图 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。
2、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
3、，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，
4、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： 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：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
5、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，即完成一次切纸过程。 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 闭环矢量的高精度，可以保证稳态 跟踪误差
6、小于两个脉冲，跟踪稳态误差只有动态 1/4。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）
7、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 p; 假设切纸长度为 5501350mm，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 0.8141.998。脉冲比例设定（FE-0
8、0）的设定范围为 0.00030.000，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间可设定为 3060S，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
9、短的加减速时间，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 1224VDC，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
10、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
