交流伺服系统在卷材横剪线中的应用

时间：2015-12-20 22:08:25 所属分类：智能科学技术 浏览量:

【关键词】交流伺服系统,定长控制,位置控制 【论文摘要】针对高速卷材横剪线中定长控制系统的技术特点和工艺要求，结合TwinLine63系列伺服驱动器可编程的功能特点，提出了应用其解决定长控制的一种新方案，该方案既结构简单又能保证系统的可靠性,且降低了成

【关键词】交流伺服系统,定长控制,位置控制

【论文摘要】针对高速卷材横剪线中定长控制系统的技术特点和工艺要求，结合TwinLine63系列伺服驱动器可编程的功能特点，提出了应用其解决定长控制的一种新方案，该方案既结构简单又能保证系统的可靠性,且降低了成本。

Abstract:AnewresolutionofthelengthcontrolisputforwardbyconsideringthetechnicalcharacteristicsandrequirementsofthelengthcontrolsystemduringthetransversecuttinglineofrollandtheprogrammablecharacteroftheTwinline63seriesservodrive,whichissimple,low-costandcanguaranteethereliabilityofthesystem.Keywords:ACservo-systemLengthcontrolPositioncontrol

1引言

目前，在一些定位精度或动态响应要求比较高的运动控制中，广泛使用数字式交流伺服系统。这种伺服系统的驱动器对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统。其位置控制分辨高，可靠性好，已成为伺服系统的发展趋势。
定长控制广泛应用在轧钢生产中，其控制性能的优劣直接影响着产品的质量。目前大多数老的生产线还是采用传统的直流伺服控制，但新的生产线广泛使用数字式的交流伺服系统，其优越的性能已在生产中得到了充分的体现。

2卷材横剪机组的工作原理

2.1 系统组成

高速卷材横剪机组是一种常用的板金设备，通常它将0.2mm～4mm的金属卷材按照用户的要求横切成板材。卷材横剪机组主要有放料部分、活套部分、送料部分、剪切部分和码垛部分组成。送料部分的运动是间歇运动，在送料运动停止期间，剪刀部分运动并将送料部分送来的材料横向切断。放料部分是连续运动的，而活套部分是协调送料部分和放料部分的速度。高速卷材横切机组的结构示意图如图1所示。

图1卷材横切机组的结构示意图

2.2 工作原理

在卷材横切机组中卷材的横切是在材料停顿时刻进行的，也就是说，切刀刀口分离时，定长控制系统启动，长度由内含脉冲发生器的伺服驱动器进行控制，触发开始后，系统直接以预设的加减速率、最高速度、S曲线以及目标长度为基本参数，计算出运转速度曲线，直接驱动伺服马达自动运转至定位。当输送的长度到达规定长度时,卷材停止运动，切刀刀口闭合，将卷材切断。依次循环，自动地将卷材切割成规定长度的板材。其速度曲线如图2所示 。

图2速度控制曲线

3系统的构成及实现

3.1 控制方式

根据位置控制方式的不同，可分为两种:

(1) 位置半闭环控制
在这种控制方式下，伺服电机上的反馈元件既是速度反馈元件又是位置反馈元件。根据设定的加速度、运行速度、减速度和长度，在伺服控制器中，定位功能模块自动的完成速度和位置的控制。这种控制方式的缺点是不能消除牵引辊打滑和机械传动间隙产生的长度误差。

(2) 位置全闭环控制
在位置全闭环控制方式中，增加了测量轮。在测量轮上安装了增量式光电编码器，伺服电机上的编码器为速度反馈元件，测量轮上的编码器为位置反馈元件。这样，伺服控制器可消除牵引辊打滑和机械传动间隙产生的长度误差。但位置系统容易产生振荡。
经综合考虑，作者采用半闭环的控制方式，为此在设计程序时考虑机械传动间隙，通过软件来消除

3.2 系统的硬件组成及性能

本系统的硬件部分主要有一台可编程的TwinLine型伺服驱动器和一台5.7〃触摸屏组成，其型号分别为:TLC6382F332141和XBTG2110。
TLC6382F332141能同时控制电动机的运动及处理输入与输出信号。输入与输出信号与轴的运动并行的循环方式进行。运动的形式可以自由决定，并可与外部事件同步进行。可用6种编程语言进行编程。具有如下的运动控制功能:
(1) 相对与绝对型“点对点”定位
(2) 具有多种反馈模块，可方便的构成位置半闭环/位置全闭环控制系统
(3) 电子减速器
(4) 内置逻辑运算功能和算术运算功能
(5) 所有参数的读取与记录
(6) 加速与减速的调节
(7) 移动过程中改变速度
(8) 在线调试
(9) 通过CANopen方便的实现网络通信
(10) 点动功能
(11) 32K的存储空间
(12) 18I/7O
(13) 电子凸轮箱
XBTG2110是一个5.7〃的触摸屏, 通过它可以和伺服驱动器进行通讯, 对系统参数进行设置、修改和输出的监视。

3.3 系统的实现

图3是以TLC6382F332141交流伺服控制器为核心的卷材横切机组定长电气控制系统的主要部分。卷材的校平、牵引由TLC6382F332141型交流伺服控制器来完成，切割由液压马达驱动切刀(刀口的分离/闭合)来完成。

图3 电气控制原理图

TwinLine型交流伺服系统采用位置半闭环控制方式，伺服电机所带的反馈元件为光电式增量编码器，剪切长度的的设定值由人机界面设定，实际长度可从人机界面上读出，其它的一些故障输出及状态信号都可从人机界面上显示。
点动功能可从人机接口启动，也可从操作台直接启动，能实现正向、停止和反向三种运动，通过操作台的按钮可进行点动的正反转操作。正常运行情况下的伺服控制系统的速度设置可通过一个电位器进行设置，此电位器和22端子相连，22端子是一个模拟量输入端口，此外也可由触摸屏进行速度设置。
伺服控制器的开关量信号定义如下:
17端:正向点动速度设置
18端:反向点动速度设置
19端:启动
20端:单/联动
21端:料检测
29端:刀停止
30端:送料
22端:速度设置
9端:液压阀输出
液压马达的控制是伺服控制器根据切刀的位置及牵引控制的状态在其内部经逻辑运算得到控制信号，并由伺服控制器输出控制信号驱动液压阀实现。
驱动器可扩展一个CANopen通讯模块，通过它可以和上下位机进行通讯，实现数据的交换以及状态的监控。

4结束语

与目前工业中应用的其它定长控制系统相比，本设计方案采用的是全数字式的交流伺服控制系统，且省去了专用的PLC，使系统具有结构简单、性能优良，且降低了成本友好的人机界面使系统使用方便、容易操作、维护量小等特点CANopen总线是目前比较流行的一种通讯总线，绝大部分公司的产品都支持，所以本系统很容易实现和其它系统的兼容实际生产中长度的设定范围最小150mm，长度设定分辨率0.1mm，电器的控制精度为0.02mm，由于机械制造精度的影响，长度实际精度能达到0.12mm，这已足以保证实际生产的需要。

参考文献
[1] 郭庆鼎,王成元等. 交流伺服系统[M]. 北京:机械工业出版社,1994.
[2] 施耐德电气公司. TwinLine伺服控制系统用户手册[Z]. 2002.

作者简介
孔 汉(1978-)男硕士研究生目前主要从事运动控制系统研究和工程设计工作。

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