大功率伺服系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)式定長(zhǎng)切割系統(tǒng)中的應(yīng)用
| 伺服電機(jī)同時(shí)帶動(dòng)上下兩組刀輥，依箭頭所示方向相 對(duì)旋轉(zhuǎn)。上下刀輥相對(duì)運(yùn)動(dòng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)保證同步，當(dāng)上刀刃旋轉(zhuǎn)至正下方時(shí)，下刀刃轉(zhuǎn)至正上方進(jìn)行裁切。刀輥每旋轉(zhuǎn)一周，物料被切斷一次；在生產(chǎn)過(guò)程中，物料連續(xù)進(jìn)給，刀輥連續(xù)旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有了以往定長(zhǎng)切斷過(guò)程中的停機(jī)時(shí)間，因而生產(chǎn)效率大為提高。 為達(dá)到定長(zhǎng)切斷的目的，除了保證物料進(jìn)給速度的穩(wěn)定外，還要實(shí)時(shí)控制刀輥的運(yùn)行速度，當(dāng)切斷長(zhǎng)度正好等于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長(zhǎng)時(shí)，只須控制刀尖的線速度與物料進(jìn)給速度完全相同即可。在實(shí)施定長(zhǎng)切斷的過(guò)程中，可以通過(guò)用伺服系統(tǒng)控制刀尖與物料進(jìn)給進(jìn)行位置隨動(dòng)跟蹤，使得伺服電機(jī)的編碼器脈沖與速度/長(zhǎng)度測(cè)量輥的編碼器脈沖成固定的比例k，即對(duì)應(yīng)每個(gè)測(cè)量脈沖，伺服電機(jī)走過(guò)的脈沖數(shù)為k，如圖2所示。 當(dāng)切長(zhǎng)小于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長(zhǎng)時(shí)，伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)與速度/長(zhǎng)度測(cè)量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系如圖3所示。 當(dāng)切長(zhǎng)稍大于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長(zhǎng)時(shí)，伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)與速度/長(zhǎng)度測(cè)量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系。 設(shè)備的主要參數(shù) 主線速度測(cè)量輥直徑Dzhu 100mm 主線速度測(cè)量編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)Pzhu 2500脈沖 伺服電機(jī)編碼器線數(shù)Dsifu 2500脈沖 伺服電機(jī)到刀輥的機(jī)械減速比K 6.24倍 刀輥刃口軌跡直徑Ddao 235mm 設(shè)定切斷長(zhǎng)度Lshe 500mm(最短)，10000mm(最長(zhǎng)) 切紙最高速度 200m/min 最高切紙頻率 240次/分鐘 要求切斷精度 ±5mm 需要在調(diào)試時(shí)確定的參數(shù) P1:上次切刀完畢后跟隨運(yùn)動(dòng)的主線脈沖數(shù) 20脈沖(建議值) P2:本次切刀前跟隨運(yùn)動(dòng)的主線脈沖數(shù) 500脈沖(建議值) 設(shè)定長(zhǎng)度修正量 -5~+5mm(建議值為0) 總體精度評(píng)估 伺服電機(jī)每脈沖對(duì)應(yīng)刀位移0.047325mm，主線每脈沖對(duì)應(yīng)位移0.04mm，根據(jù)設(shè)備總體精度指標(biāo)，可以允許伺服位置跟蹤誤差******為±10個(gè)脈沖，考慮到齒輪傳動(dòng)精度限制，此數(shù)應(yīng)適當(dāng)減小。 在用戶設(shè)定了所有參數(shù)之后，PLC首先計(jì)算出對(duì)應(yīng)于每一個(gè)來(lái)自主線速度測(cè)量編碼器的脈沖所需要輸出至伺服電機(jī)的脈沖數(shù)，并形成電子齒輪比的數(shù)據(jù)表格(數(shù)據(jù)規(guī)律參見(jiàn)圖1，計(jì)算方法請(qǐng)見(jiàn)下文計(jì)算實(shí)例)，然后接收來(lái)自主線速度測(cè)量編碼器的脈沖，根據(jù)預(yù)先存在PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)表格向伺服系統(tǒng)發(fā)送脈沖。在每一個(gè)切斷周期完成后，PLC根據(jù)實(shí)際測(cè)量的切斷長(zhǎng)度修正發(fā)送脈沖的數(shù)據(jù)，以達(dá)到更精確的控制。 計(jì)算 L:刀尖軌跡周長(zhǎng) L＝π×Ddao＝738.3mm PL:對(duì)應(yīng)于切長(zhǎng)等于L的主線脈沖數(shù) PL＝Pzhu×L/(π×Dzhu)＝5875脈沖 PLshe:對(duì)應(yīng)于切長(zhǎng)為設(shè)定長(zhǎng)度Lshe的主線脈沖數(shù) Plshe＝Pzhu×Lshe/(π×Dzhu)＝ l 3979(設(shè)定切長(zhǎng)為最短500mm); l 5875(設(shè)定切長(zhǎng)等于刀尖軌跡周長(zhǎng)738.3mm); l 79578(設(shè)定切長(zhǎng)為最長(zhǎng)10000mm)。 PS:刀輥旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)電機(jī)軸上編碼器脈沖數(shù) PS=K×Dsifu=15600脈沖 K0:在切長(zhǎng)等于刀尖軌跡周長(zhǎng)時(shí)PLC輸出脈沖和接收脈沖數(shù)量之比 K0=PS/PL=2.6553倍 情形一: 設(shè)定長(zhǎng)度等于刀尖軌跡周長(zhǎng)738.27mm PLC接收主速度脈沖信號(hào)，同時(shí)發(fā)送K0倍數(shù)的脈沖給伺服。 當(dāng)生產(chǎn)速度是200m/min時(shí)，主速度檢測(cè)脈沖頻率為26525.846Hz。此時(shí)PLC發(fā)送給伺服的脈沖頻率為: 70434.5875Hz(對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)的速度為1690.43r/min) 情形二: 設(shè)定長(zhǎng)度小于刀尖軌跡周長(zhǎng)(最短尺寸500mm) PLC發(fā)送脈沖按下面幾段規(guī)則: l P1段:當(dāng)上次切刀信號(hào)到達(dá)時(shí)，PLC對(duì)內(nèi)部計(jì)長(zhǎng)的計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于P1時(shí)，PLC每接收一個(gè)(或N個(gè))主線脈沖，就發(fā)送K0個(gè)(或N×K0個(gè))脈沖給伺服(或者說(shuō)，PLC的輸出脈沖頻率等于輸入頻率的K0倍) l 追趕段:如圖6，版輥在追趕段必須比按照K0倍主速度脈沖頻率多走(PS－PLshe×K0)個(gè)脈沖。 S1＝(P3＋P4)×ΔK/2=PS－Plshe×K0, 其中，P3＝Plshe－P1－P2, 則(Plshe－P1－P2＋P4)×ΔK/2＝PS－Plshe×K0 ΔK＝2(PS－Plshe×K0)/(Plshe－P1－P2＋P4) 或P4＝2(PS－Plshe×K0)/(ΔK－Plshe－P1－P2) ΔK可根據(jù)刀輥電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、******加速度以及主線速度的最高值來(lái)確定。比如，在最短尺(500mm)切斷時(shí)，每秒鐘最快切斷4次，生產(chǎn)速度即為每分鐘120m。此時(shí)，主線脈沖頻率為15915.5078Hz，跟隨時(shí)送給伺服的脈沖頻率為: 42260.7525Hz，對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)的速度為1014.26r/min。 如果伺服的最高速度為2000r/min，則ΔK選取方法如下:伺服最高速度時(shí)，脈沖頻率為83.333kHz，按最高速計(jì)算ΔK=2.58，取ΔK=2.5， 則P4＝2(15600－3979×2.6553)/2.5－3979＋20＋500＝568.649，取整為568， 速度上升段和下降段的主線脈沖數(shù)為: (P3－P4)/2＝1445.5，取上升段為Psha＝1446，下降段Pxia＝1445。 l P2段:PLC每接收一個(gè)(或N個(gè))主線脈沖，就發(fā)送K0個(gè)(或N×K0個(gè))脈沖給伺服(或者說(shuō)，PLC的輸出脈沖頻率等于輸入頻率的K0倍) 本情形下，可根據(jù)下面的計(jì)算生成數(shù)據(jù)表格: P為當(dāng)前周期PLC接收到的主線測(cè)速脈沖的總數(shù)。 當(dāng)P≤P1時(shí)， 以主線速度測(cè)量脈沖輸入至PLC申請(qǐng)中斷(根據(jù)PLC的中斷執(zhí)行速度，可設(shè)置N個(gè)脈沖執(zhí)行一次中斷，表格的長(zhǎng)度等于PLshe/N)，中斷后輸出以對(duì)應(yīng)伺服最高速度的頻率發(fā)出N×K0個(gè)脈沖。 當(dāng)P1＜P≤(P1＋Psha)時(shí)， 每次中斷輸出脈沖數(shù)為:N×(K0＋(P－P1)×ΔK/P sha)。 當(dāng)(P1＋Psha)＜P≤(P1＋Psha＋P4)時(shí)， 每次中斷輸出脈沖數(shù)為:N×(K0＋ΔK)。 當(dāng)(P1＋Psha＋P4)＜P≤(P1＋P3)時(shí)， 每次中斷輸出脈沖數(shù)為: N×[K0＋(P3＋P1－P)×ΔK/Pxia>。 當(dāng)(PLshe－P2)＜P≤PLshe時(shí)， 每次中斷輸出脈沖數(shù)為:N×K0。 情形三: 設(shè)定長(zhǎng)度大于刀尖軌跡周長(zhǎng)(最長(zhǎng)尺寸10000mm) PLC發(fā)送脈沖按下面幾段規(guī)則: l P1段:當(dāng)上次切刀信號(hào)到達(dá)時(shí)，PLC對(duì)內(nèi)部計(jì)長(zhǎng)的計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于P1時(shí)，PLC每接收一個(gè)(或N個(gè))主線脈沖，就發(fā)送K0個(gè)(或N×K0個(gè))脈沖給伺服(或者說(shuō)，PLC的輸出脈沖頻率等于輸入頻率的K0倍) l 等待段:如圖5，版輥在等待段必須比按照K0倍主速度脈沖頻率少走 (PLshe×K0) － PS個(gè)脈沖。 S1＝(P3＋P4)×ΔK/2＝ PLshe×K0－ PS, 其中，P3＝PLshe－P1－P2, 則[(PLshe－P1－P2)＋P4>×ΔK/2＝ PLshe×K0－ PS ΔK＝2(PLshe×K0－ PS)/[(PLshe－P1－P2)＋P4> 或P4＝2(PLshe×K0－ PS)/ΔK－(PLshe－P1－P2) 算例1: 切長(zhǎng)10000mm時(shí)，ΔK選取方法如下: 按伺服加(減)速度最小為原則。計(jì)算S1的面積， 則P4＝2(79578×2.6553－15600)/ΔK－79578＋20＋500＝195703.46/ΔK－79058， 當(dāng)ΔK＝K0時(shí)，P4＝－5355，實(shí)際上P4不可能為負(fù)數(shù)，所以，可選P4＝0，此時(shí) ΔK＝4.951此時(shí)，ΔK大于K0，也不符合實(shí)際，可以設(shè)想在長(zhǎng)度為某值時(shí)， ΔK＝K0、P4＝0，即2(PLshe×K0－ PS)/((PLshe－P1－P2)＋P4)＝K0，此時(shí)PLshe＝11230，即切長(zhǎng)為1411.2mm，當(dāng)切長(zhǎng)小于此值時(shí)，按算例2、3計(jì)算(參照?qǐng)D6)，當(dāng)切長(zhǎng)大于此值時(shí)，比如本算例的10000mm，計(jì)算如下:取ΔK＝2.6553, P4＝68348，當(dāng)切長(zhǎng)為10m時(shí)，速度下降段和上升段分別對(duì)應(yīng)的主線脈沖數(shù)為:Psha＝ Pxia＝(P3－P4)/2=5355。 算例2: 當(dāng)切長(zhǎng)為1000mm時(shí)， P4＝2(PLshe×2.6553－15600)/ΔK－ PLshe＋P1＋P2 ＝(7958×2.6553－15600)/ΔK－7958＋520 ＝5530.8774/ΔK－7438， 當(dāng)ΔK＝0.7436時(shí)，P4＝0，速度下降段和上升段分別對(duì)應(yīng)的主線脈沖數(shù)為: Psha＝ Pxia＝(P3－P4)/2＝3719。 算例3: 當(dāng)切長(zhǎng)為739mm時(shí)， |
