旋轉(zhuǎn)式定長切割系統(tǒng)

大功率伺服系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)式定長切割系統(tǒng)中的應(yīng)用2008-10-3015:40:53【文章字體:大中小】推薦收藏打印圖1是一種旋轉(zhuǎn)飛剪機(jī)構(gòu)的示意圖。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旋轉(zhuǎn)。上下刀輥相對運(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)過程中，物料連續(xù)進(jìn)給，刀輥連續(xù)旋轉(zhuǎn)，沒有了以往定長切斷過程中的停機(jī)時(shí)間，因而生產(chǎn)效率大為提高。生產(chǎn)物料連續(xù)進(jìn)給@速度/長度測量輟脈沖編碼器輸出切斷點(diǎn)傳感器圖1一種旋轉(zhuǎn)飛剪機(jī)構(gòu)的示意圖生產(chǎn)物料連續(xù)進(jìn)給@速度/長度測量輟脈沖編碼器輸出PLshe=PS切斷點(diǎn)脈沖PLC接收到的主線速度脈沖圖2伺服電機(jī)的電子齒輪比與主線速度的關(guān)系1Plshe切斷點(diǎn)脈沖:;!P1:::P2<A切斷點(diǎn)脈沖PLC接收到的主線速度脈沖圖3伺服電機(jī)的脈沖數(shù)與測量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系（切長小于一周的刀尖軌跡長）

2)44年豹小-tfsS切斷點(diǎn)脈沖SIS2Plshe切斷點(diǎn)脈沖PLC接收到的主線速度脈沖圖4伺服電機(jī)的脈沖數(shù)與測量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系（切長遠(yuǎn)大于一周的刀尖軌跡長）

為達(dá)到定長切斷的目的，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)切斷長度正好等于刀輥

旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長時(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)施定長切斷的過程中，可以通

過用伺服系統(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/長度測量輥的編碼器脈沖

成固定的比例2)44年豹小-tfsS切斷點(diǎn)脈沖SIS2Plshe切斷點(diǎn)脈沖PLC接收到的主線速度脈沖當(dāng)切長小于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長時(shí)，伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)與速度/長度測量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系如圖3所示。當(dāng)切長稍大于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長時(shí)，伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)與速度/長度測量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系如圖4所示。當(dāng)切長遠(yuǎn)大于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長時(shí)，伺服電機(jī)的編碼器脈沖數(shù)與速度/長度測量輥的編碼器脈沖數(shù)的關(guān)系如圖5:示例計(jì)算設(shè)備的主要參數(shù)主線速度測量輥直徑Dzhu100mm主線速度測量編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)Pzhu2500脈沖伺服電機(jī)編碼器線數(shù)Dsifu2500脈沖伺服電機(jī)到刀輥的機(jī)械減速比K6.24倍刀輥刃口軌跡直徑Ddao235mm設(shè)定切斷長度Lshe500mm（最短），10000mm（最長）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)定長度修正量-5~+5mm（建議值為0）總體精度評估伺服電機(jī)每脈沖對應(yīng)刀位移0.047325mm，主線每脈沖對應(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最大為±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)算出對應(yīng)于每一個(gè)來自主線速度測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)律參見圖1，計(jì)算方法請見下文計(jì)算實(shí)例），然后接收來自主線速度測量編碼器的脈沖，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)際測量的切斷長度修正發(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L=nXDdao=738.3mmPL:對應(yīng)于切長等于L的主線脈沖數(shù)PL=PzhuXL/（nXDzhu）=5875脈沖PLshe:對應(yīng)于切長為設(shè)定長度Lshe的主線脈沖數(shù)Plshe=PzhuXLshe/（nXDzhu）=l3979（設(shè)定切長為最短500mm）;l5875（設(shè)定切長等于刀尖軌跡周長738.3mm）;l79578（設(shè)定切長為最長10000mm）。PS:刀輥旋轉(zhuǎn)一周對應(yīng)電機(jī)軸上編碼器脈沖數(shù)PS二KXDsifu=15600脈沖K0:在切長等于刀尖軌跡周長時(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)定長度等于刀尖軌跡周長738.27mmPLC接收主速度脈沖信號，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（對應(yīng)伺服電機(jī)的速度為1690.43r/min）情形二：設(shè)定長度小于刀尖軌跡周長（最短尺寸500mm）PLC發(fā)送脈沖按下面幾段規(guī)則：lP1段:當(dāng)上次切刀信號到達(dá)時(shí)，PLC對內(nèi)部計(jì)長的計(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NXK0個(gè)）脈沖給伺服（或者說，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—PLsheXK0）個(gè)脈沖。S1=（P3+P4）XAK/2=PS-PlsheXK0,其中，P3=Plshe—P1—P2,則(Plshe—P1—P2+P4)XAK/2=PS—PlsheXK0△K=2(PS—PlsheXK0)/(Plshe—P1—P2+P4)或P4=2(PS—PlsheXK0)/(AK—Plshe—P1—P2)△K可根據(jù)刀輥電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、最大加速度以及主線速度的最高值來確定。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AK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AK=2.58，取AK=2.5，則P4=2(15600—3979X2.6553)/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。lP2段:PLC每接收一個(gè)(或N個(gè))主線脈沖，就發(fā)送K0個(gè)(或NXK0個(gè))脈沖給伺服(或者說，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接收到的主線測速脈沖的總數(shù)。當(dāng)PWP1時(shí)，以主線速度測量脈沖輸入至PLC申請中斷(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，表格的長度等于PLshe/N)，中斷后輸出以對應(yīng)伺服最高速度的頻率發(fā)出NXK0個(gè)脈沖。當(dāng)P1VPW(P1+Psha)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為:NX(K0+(P—P1)XAK/Psha)。當(dāng)(P1+Psha)VPW(P1+Psha+P4)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為:NX(K0+AK)。當(dāng)(P1+Psha+P4)VPW(P1+P3)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為:NX[K0+(P3+P1—P)XAK/Pxia>o當(dāng)(PLshe—P2)VPWPLshe時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為:NXK0。情形三：設(shè)定長度大于刀尖軌跡周長(最長尺寸10000mm)PLC發(fā)送脈沖按下面幾段規(guī)則：1P1段:當(dāng)上次切刀信號到達(dá)時(shí)，PLC對內(nèi)部計(jì)長的計(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NXK0個(gè))脈沖給伺服(或者說，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(PLsheXK0)-PS個(gè)脈沖。S1=(P3+P4)XAK/2=PLsheXK0—PS,其中，P3=PLshe—P1—P2,則[(PLshe—P1—P2)+P4〉XAK/2=PLsheXK0—PSAK=2(PLsheXK0—PS)/[(PLshe—P1—P2)+P4>或P4=2(PLsheXK0—PS)/AK—(PLshe—P1—P2)算例1：切長10000mm時(shí)，AK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(79578X2.6553—15600)/AK—79578+20+500=195703.46/AK—79058,當(dāng)^K=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)K=4.951此時(shí)，AK大于K0，也不符合實(shí)際，可以設(shè)想在長度為某值時(shí)，K=K0、P4=0，即2(PLsheXK0—PS)/((PLshe—P1—P2)+P4)=K0，此時(shí)PLshe=11230，即切長為1411.2mm，當(dāng)切長小于此值時(shí)，按算例2、3計(jì)算(參照圖6)，當(dāng)切長大于此值時(shí)，比如本算例的10000mm，計(jì)算如下:取AK=2.6553,P4=68348，當(dāng)切長為10m時(shí)，速度下降段和上升段分別對應(yīng)的主線脈沖數(shù)為:Psha=Pxia=(P3—P4)/2=5355。算例2:當(dāng)切長為1000mm時(shí)，P4=2(PLsheX2.6553—15600)/AK—PLshe+P1+P2=(7958X2.6553—15600)/AK—7958+520=5530.8774/AK—7438，當(dāng)AK=0.7436時(shí)，P4=0，速度下降段和上升段分別對應(yīng)的主線脈沖數(shù)為:Psha=Pxia=(P3—P4)/2=3719。算例3:當(dāng)切長為739mm時(shí)，P4=2(PLsheX2.6553-15600)/AK-PLshe+P1+P2=(5881X2.6553-15600)/AK-5881+520=15.8193/AK—5361,當(dāng)AK=0.00295時(shí)，P4=0,速度下降段和上升段分別對應(yīng)的主線脈沖數(shù)為:Psha=Pxia=(P3—P4)/2=2680.5。PLshe—Pic接誠斯的主線恐脈沖1P2段:PLC每接收一個(gè)（或N個(gè)）主線脈沖，就發(fā)送K0個(gè)（或NXK0個(gè)）脈沖給伺服（或者說，PLC的輸出脈沖頻率等于輸入頻率的PLshe—Pic接誠斯的主線恐脈沖P為當(dāng)前周期PLC接收到的主線測速脈沖的總數(shù)。設(shè)定長度大于刀尖軌跡周長，但小于等于1411.2mm時(shí)當(dāng)PWP1時(shí)，以主線速度測量脈沖輸入至PLC申請中斷(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，表格的長度等于Plshe/N)，中斷后輸出以對應(yīng)伺服最高速度的頻率發(fā)出NXK0個(gè)脈沖。當(dāng)P1VPW(P1+P3/2)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為：NX(K0-(P-P1)X2AK/P3)o當(dāng)(P1+3/2)VPW(PLshe—P2)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為：NX(K0—(PLshe—P2—P)X2AK/P3)。當(dāng)(PLshe—P2)VPWPLshe時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為：NXK0。設(shè)定長度大于1411.2mm時(shí)當(dāng)PWP1時(shí)，以主線速度測量脈沖輸入至PLC申請中斷(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，表格的長度等于Plshe/N)，中斷后輸出以對應(yīng)伺服最高速度的頻率發(fā)出NXK0個(gè)脈沖。當(dāng)P1VPW(P1+5355)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為：NX(K0—(P—P1)XK0/5355)當(dāng)(P1+5355)VPW(PLshe—P2—5355)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為零。當(dāng)(PLshe-P2-5355)VPW(PLshe—P2)時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為：NX(P—(PLshe—P2—5355))XK0/5355當(dāng)(PLshe—P2)VPWPLshe時(shí)，每次中斷輸出脈沖數(shù)為:NXK0。在以上計(jì)算中，如脈沖數(shù)為小數(shù)，則將小數(shù)部分累計(jì)到下一周期取整，再將小數(shù)遞推累計(jì)。在切刀信號到達(dá)時(shí)，將接收到的脈沖數(shù)(實(shí)際切長)與理想值作比較，根據(jù)比較結(jié)果對發(fā)送給伺服的脈沖數(shù)進(jìn)行調(diào)整，繼續(xù)上述循環(huán)。實(shí)施效果及修正在本方案中，由于刀輥及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)慣量比較大，在刀輥每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期所作的加速、減速運(yùn)動(dòng)都需要系統(tǒng)