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
| 伺服電機(jī)同時帶動上下兩組刀輥，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，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)時間，因而生產(chǎn)效率大為提高。 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，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k，即對應(yīng)每個測量脈沖，伺服電機(jī)走過的脈沖數(shù)為k，如圖2所示。 當(dāng)切長小于刀輥旋轉(zhuǎn)一周的刀尖軌跡長時，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，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。 設(shè)備的主要參數(shù) 主線速度測量輥直徑Dzhu 100mm 主線速度測量編碼器每轉(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)定切斷長度Lshe 500mm(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)試時確定的參數(shù) P1:上次切刀完畢后跟隨運(yùn)動的主線脈沖數(shù) 20脈沖(建議值) P2:本次切刀前跟隨運(yùn)動的主線脈沖數(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******為±10個脈沖，考慮到齒輪傳動精度限制，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＝π×Ddao＝738.3mm PL:對應(yīng)于切長等于L的主線脈沖數(shù) PL＝Pzhu×L/(π×Dzhu)＝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＝Pzhu×Lshe/(π×Dzhu)＝ l 3979(設(shè)定切長為最短500mm); l 5875(設(shè)定切長等于刀尖軌跡周長738.3mm); l 79578(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=K×Dsifu=15600脈沖 K0:在切長等于刀尖軌跡周長時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738.27mm PLC接收主速度脈沖信號，同時發(fā)送K0倍數(shù)的脈沖給伺服。 當(dāng)生產(chǎn)速度是200m/min時，主速度檢測脈沖頻率為26525.846Hz。此時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: l P1段:當(dāng)上次切刀信號到達(dá)時，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，PLC每接收一個(或N個)主線脈沖，就發(fā)送K0個(或N×K0個)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－PLshe×K0)個脈沖。 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確定。比如，在最短尺(500mm)切斷時，每秒鐘最快切斷4次，生產(chǎn)速度即為每分鐘120m。此時，主線脈沖頻率為15915.5078Hz，跟隨時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ΔK選取方法如下:伺服最高速度時，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(或N個)主線脈沖，就發(fā)送K0個(或N×K0個)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)P≤P1時， 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N×K0個脈沖。 當(dāng)P1＜P≤(P1＋Psha)時， 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， 每次中斷輸出脈沖數(shù)為:N×(K0＋ΔK)。 當(dāng)(P1＋Psha＋P4)＜P≤(P1＋P3)時， 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， 每次中斷輸出脈沖數(shù)為:N×K0。 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: l P1段:當(dāng)上次切刀信號到達(dá)時，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，PLC每接收一個(或N個)主線脈沖，就發(fā)送K0個(或N×K0個)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 (PLshe×K0) － PS個脈沖。 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10000mm時，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，P4＝－5355，實(shí)際上P4不可能為負(fù)數(shù)，所以，可選P4＝0，此時 ΔK＝4.951此時，ΔK大于K0，也不符合實(shí)際，可以設(shè)想在長度為某值時， ΔK＝K0、P4＝0，即2(PLshe×K0－ PS)/((PLshe－P1－P2)＋P4)＝K0，此時PLshe＝11230，即切長為1411.2mm，當(dāng)切長小于此值時，按算例2、3計(jì)算(參照圖6)，當(dāng)切長大于此值時，比如本算例的10000mm，計(jì)算如下:取ΔK＝2.6553, P4＝68348，當(dāng)切長為10m時，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， 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，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， |
