超聲波傳感器在開卷校平剪切線上的應(yīng)用

沈晶巍 李 超 于樹江

作者通聯(lián)：沈陽捷眾汽車零部件有限公司經(jīng)營管理部 沈陽市沈北新區(qū)沈北路155號 110042

E-mail：shenjingwei52@163.com

在汽車行業(yè)，鋼材配送，家電企業(yè)等進(jìn)行卷料開卷、剪切的生產(chǎn)中，大量使用開卷校平剪切線。傳統(tǒng)的剪切線，開卷機(jī)采用力矩電機(jī)控制，為機(jī)頭提供反向力矩，在機(jī)頭和校平機(jī)之間的板材上形成張力，張力的大小由手動調(diào)節(jié)力矩電機(jī)的反向力矩控制。當(dāng)電機(jī)力矩固定時，張力隨料卷直徑的變化而變化，手動控制電機(jī)力矩，不能準(zhǔn)確地控制穩(wěn)定的張力。當(dāng)力矩設(shè)定較小，在開卷線停止時，不能及時協(xié)調(diào)停止機(jī)頭，常常發(fā)生沖卷，松卷。當(dāng)力矩設(shè)定較大，料卷直徑較大時，張力過大，不僅損傷板材，而且對校平機(jī)也有損害。超聲波測距傳感器的應(yīng)用，可以實(shí)時測量料卷的直徑。開卷機(jī)頭由變頻電機(jī)或伺服驅(qū)動，通過控制開卷機(jī)頭和校平機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)對開卷張力的控制，張力調(diào)節(jié)靈活，控制穩(wěn)定。同時，超聲波傳感器的應(yīng)用，使卷料自動裝載得以實(shí)現(xiàn)。

1.開卷張力的控制

超聲波傳感器通過計(jì)算超聲波脈沖發(fā)射到介質(zhì)表面并返回的時間，得出測頭距檢測物的距離。在開卷機(jī)頭上方垂直安裝一個UC2000-30GM-IU-V1超聲波傳感器（倍加福公司產(chǎn)），以西門子ET200S模擬量模塊為例，型號為6ES7134-4FB01-0AB0，接線圖見圖1。當(dāng)料卷上好后，通過檢測到的測頭到料卷的距離，可以計(jì)算出料卷的直徑D，并實(shí)時送入控制系統(tǒng)，開卷的線速度vl=3.14Dvk，（vk為開卷芯軸的角速度），控制vk實(shí)現(xiàn)開卷線速度的控制，進(jìn)一步控制開卷張力。

圖1 超聲波接線圖

如圖2所示，當(dāng)超聲波傳感器安裝好后，超聲波傳感器距開卷機(jī)頭中心線的距離L1為已知，料卷距傳感器的距離L2傳感器可以測得，料卷直徑D=2（L1-L2）。校平機(jī)線速度v由落料速度和落料長度決定，當(dāng)校平線速度等于落料速度乘以落料長度時，開卷校平線速度和落料速度匹配，開卷校平勻速運(yùn)行。當(dāng)開卷機(jī)線速度和校平線速度v相同時，開卷角速度vk=v/[3.14×2×（L1-L2）]=v/[6.28（L1-L2）]，卷料張力為零，當(dāng)板料厚度＜1mm 時，這種方式較為理想。當(dāng)板材厚度大于1mm時，vk=v/[6.28（L1-L2）]-vf，vf為開卷機(jī)與校平機(jī)角速度的速差，校平機(jī)線速度大于開卷線速度，開卷機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生張力Q=（D/2）×F（F為電機(jī)轉(zhuǎn)矩）。開卷過程中D不斷減小，為精確控制張力，可使vf=m/D，m為調(diào)節(jié)系數(shù)，取值范圍為1%～100%，可將m值放到觸摸屏上進(jìn)行更改操作，一般設(shè)為20%。這樣，vf隨D的減少而增大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨直徑變化，調(diào)節(jié)m值可使張力在整個開卷過程中保持穩(wěn)定可調(diào)。

2.料卷自動裝載的實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)料卷的自動裝載，必須保證上料小車由上料架處移動到芯軸的正下方，小車帶料上升使料卷中心和芯軸中心重合。通過調(diào)節(jié)小車移動減速開關(guān)和停止開關(guān)，加裝硬限位實(shí)現(xiàn)移位準(zhǔn)確。

圖2 料卷直徑計(jì)算示意圖

圖3 上升高度示意圖

上升高度的控制如圖3，料卷自動裝載前超聲波傳感器檢測出距上料小車上表面的距離K1，料卷高度K，開卷機(jī)芯軸距傳感器的距離K2，可計(jì)算出X=K2-（K1-K）/2，這樣在小車帶料上升時，當(dāng)傳感器檢測的K值等于計(jì)算值X時，料卷中心和芯軸中心重合，芯軸正好穿入，實(shí)現(xiàn)料卷自動裝載。對于每一個料卷，K1和K2在超聲波傳感器安裝完成后，即為已知固定值，K和X的值隨料卷不同變化。通過超聲波傳感器的使用，實(shí)現(xiàn)了料卷的自動裝載。

在開卷過程中，當(dāng)超聲波傳感器檢測的距離大于K2時，向系統(tǒng)發(fā)出料尾信號，系統(tǒng)結(jié)合料尾檢測開關(guān)信號，控制系統(tǒng)進(jìn)入料尾程序。

超聲波傳感器在開卷線上的應(yīng)用，為料卷自動裝載提供了一種新的控制方法，特別在雙臂開卷機(jī)上的應(yīng)用有較大的優(yōu)勢。超聲波傳感器在自動張力控制上的應(yīng)用，提高了開卷線的自動化控制水平及生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，效果良好。