飛鋸的同步控制

黃法春 楊振鐸

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

微機飛鋸機是直縫焊管、冷彎型鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，可在管材或型材高速運動狀態(tài)下，實現(xiàn)高精度的跟蹤鋸切，跟蹤的精度對鋼管斷面的質(zhì)量和鋸片的使用壽命有極大的影響。若鋼管的生產(chǎn)速度和鋸車的跟蹤速度之差等于零是最理想的狀態(tài)?？墒菍嶋H情況并非理想狀態(tài)，存在著制約生產(chǎn)的問題。

1 微機飛鋸機的系統(tǒng)

1.1 設(shè)備組成

由計算機系統(tǒng)、西門子6RA70直流調(diào)速系統(tǒng)，繼電操作系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)機械系統(tǒng)及測速系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 微機飛鋸機系統(tǒng)組成圖

1.2 微機飛鋸機控制原理[1]

鋸車在自動狀態(tài)下，鋼管與測速輥無滑動接觸，測速輥每轉(zhuǎn)一周，鋼管的長度為

式中，R為測速輥的直徑。測速輥每旋轉(zhuǎn)一周，脈沖編碼器發(fā)出2000個脈沖，這一脈沖經(jīng)過信號處理后，一路經(jīng)過f-v轉(zhuǎn)換后作為鋼管的位置信號，一路經(jīng)過計算機運算得到鋼管的實時生產(chǎn)速度并顯示，計算機還計算鋼管的殘長

式中，L0為鋼管的定尺長度；L1為鋼管經(jīng)過鋸口的長度。

當(dāng)Sc達(dá)到起動殘長時，計算機發(fā)出啟動信號，鋸車加速追趕鋼管，此時式（1）變?yōu)?/p>

式中，L2為鋸車的位移。

鋸車脈沖一路經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為鋸車的速度反饋信號，一路經(jīng)轉(zhuǎn)換后送計算機，經(jīng)運算得出鋸車的位移，當(dāng)鋸車的速度與鋼管的速度相同時，若Sc=0，定尺也達(dá)到設(shè)定要求，計算機發(fā)出夾緊和落鋸信號；若Sc≠0，計算機則不發(fā)出夾緊話落鋸信號，這是成為調(diào)整段，直至Sc=0這就是所謂的雙閉環(huán)工作，鋸切到位時，計算機發(fā)出抬鋸和松夾信號，松夾到位后，鋸車快速返回到初始位置，工作的時序如圖 2所示。飛鋸就是這樣周而復(fù)始地完成連續(xù)鋼管的定尺鋸切任務(wù)的。

2 存在的問題

圖2 微機飛鋸機工作時序圖

在鋸車追蹤鋼管達(dá)到與鋼管的速度相同時，夾緊落鋸，在鋸切過程中，要求鋸車與鋼管的運行同步，但是鋸車的速度是根據(jù)鋼管的測速編碼器的脈沖數(shù)計算出來的，計算的過程有誤差，鋸車追蹤鋼管的的速度有時間之差，鋸車的調(diào)整過程有調(diào)整誤差，這三個誤差積累起來，就不可忽視，實際上鋸車的運行和鋼管的運行是不同步的，這個不同步對口徑大壁厚厚的鋼管尤其明顯，因為鋸切時間長，積累誤差大，這會造成鋼管的端口切斜，即鋼管的斷面與鋼管的軸線不垂直，超出標(biāo)準(zhǔn)要求，其次造成飛鋸鋸片磨損嚴(yán)重，甚至變形，形成“鍋”型，不能再次修磨使用,有的鋸片使用一次就報廢。

3 解決方法

1）飛鋸機的運動是由直流電動機驅(qū)動的，直流電動機的速度受西門子 6RA70直流調(diào)速系統(tǒng)的控制。他勵直流電動機轉(zhuǎn)矩控制公式為

式中，CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Φ為勵磁磁場；Ia為轉(zhuǎn)子回路電流。

2）力矩電機的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動機可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性特性曲線如圖3所示。

圖3 改變電樞電壓恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性

3）要實現(xiàn)鋸切時飛鋸機和鋼管同步，可以利用西門子6RA70直流調(diào)速系統(tǒng)力矩控制來實現(xiàn)，鋸切時有兩個力矩作用在鋸車上，其一是直流電動機的的驅(qū)動力矩，由直流調(diào)速器來控制，另一個來自夾具加持鋼管，鋼管運動產(chǎn)生的力矩。鋸車重量是一定的，那么驅(qū)動鋸車在某以速度勻速運動的力矩也是一定的。由公式3可知，電動機的電流與電動機的力矩成正比，可以運行空載運行鋸車測試出電動機運行電流?？梢钥刂齐妱訖C輸出的力矩達(dá)到飛鋸機保持勻速運動的95%，剩余的力矩由鋼管運動通過夾具產(chǎn)生。這樣鋸車隨鋼管移動而移動，相當(dāng)于鋸切時用一與鋼管運動速度相適應(yīng)的力來推鋸車，這個力只有推動鋸車力矩的95%，鋼管運動帶動夾具運動，夾具的夾持力矩使鋸車運動并與鋼管運動保持同步。

4 同步控制實現(xiàn)[2]

設(shè)置P051=28進(jìn)行摩擦和轉(zhuǎn)動慣量補償?shù)膬?yōu)化運行，大約持續(xù)40s。設(shè)置P233=1使摩擦和轉(zhuǎn)動慣量補償功能有效。取夾緊中間繼電器的一路信號輸入到調(diào)速器6RA70輸入36號端口，設(shè)置P687（控制字2的位27的值，0=主驅(qū)動 速度控制；1=從驅(qū)動 轉(zhuǎn)矩控制）的值為 B0010（36端口的值的寄存器），設(shè)置P503(再從驅(qū)動模式中轉(zhuǎn)矩控制給定的乘數(shù))的值位95。當(dāng)夾具夾緊時，開始采用轉(zhuǎn)矩控制，直到切斷松夾到位后，36號端口變?yōu)?，回復(fù)速度電流控制控制。

5 結(jié)論

經(jīng)過一段時間的實際運行，效果很好，第一解決了鋸片變形的問題，“鍋”型的鋸片不再出現(xiàn)，第二鋸片的使用壽命大大提高，鋸片表面的磨損大大降低，重復(fù)修磨使用率提高了3倍。第三鋼管和型材的管端切斜降低了一半。大大地降低了飛鋸的使用成本和故障率。

[1]WJFJ-254微機飛鋸電氣系統(tǒng)使用說明書.

[2]SIEMNS SIMOREG DC MASTER MANUAL 2004.09版本10.