交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在輥壓生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中連續(xù)切斷的應(yīng)用

伍其文

摘 要：本文通過(guò)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在輥壓生產(chǎn)線上的應(yīng)用案例，介紹一種新型切斷裝置控制方法在輥壓生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。輥壓生產(chǎn)線是生產(chǎn)汽車(chē)的車(chē)門(mén)窗框、汽車(chē)保險(xiǎn)杠等產(chǎn)品的重要設(shè)備。

關(guān)鍵詞：交流伺器系統(tǒng);輥壓生產(chǎn)線;可編程控制器（PLC）;自動(dòng)控制系統(tǒng)

1 引言

隨著高性能集成電路、電力電子技術(shù)及交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)突破性的發(fā)展。交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因固有缺點(diǎn)面臨著被淘汰的危機(jī)。

2 交流伺器系統(tǒng)特點(diǎn)

交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，交流伺服電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比高，易于提高系統(tǒng)的快速性和適應(yīng)于高速大力矩工作環(huán)境。交流伺服電機(jī)無(wú)電刷和換向器，工作相對(duì)更加可靠。

3 輥壓線工作方式

輥壓成型是以多組輥輪組作為成型工裝，輥輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)然后帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將鋼帶向前輸送并同時(shí)成型，以獲得所需斷面形狀的一種加工方法。

鋼帶成型后的切斷由液壓站提供油壓驅(qū)動(dòng)切刀完成切斷，產(chǎn)出1件完成產(chǎn)品件。切斷裝置的隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)往產(chǎn)品件輥出方向上的? 往返移動(dòng)動(dòng)作可由液壓驅(qū)動(dòng)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中液壓驅(qū)動(dòng)方式對(duì)驅(qū)動(dòng)硬件和控制軟件的要求較高，實(shí)際使用過(guò)程中由于硬件或軟件系統(tǒng)不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“頂?shù)丁钡痊F(xiàn)象;用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)切斷裝置的隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)的方式相對(duì)穩(wěn)定，故障低，本文主要介紹該控制方式。

4 切斷裝置控制要求

輥壓生產(chǎn)線在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，先按工藝要求在上位機(jī)中設(shè)置產(chǎn)品件的長(zhǎng)度參數(shù)，機(jī)器運(yùn)行中通過(guò)測(cè)長(zhǎng)裝置和可編程控制器（PLC）計(jì)算出產(chǎn)品實(shí)時(shí)長(zhǎng)度，產(chǎn)品件輥出長(zhǎng)度快到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度后，切斷裝置工作，隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)移動(dòng)將產(chǎn)品切斷并回位。機(jī)器后續(xù)運(yùn)行中切斷裝置不斷循環(huán)將連續(xù)輥出的產(chǎn)品件等距切斷。要求切斷裝置的隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)可快速起動(dòng)，并到達(dá)并維持與產(chǎn)品件輥出的線速度同步，隨后完成切斷動(dòng)作并快速回位。

4.1 切斷裝置

4.1.1 切斷裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)（如圖1）

②產(chǎn)品件輥出方向。③切刀。④切刀模具。⑤交流伺服電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)切斷裝置的隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)。⑥導(dǎo)軌，隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)的活動(dòng)導(dǎo)軌。⑦限位接近開(kāi)關(guān)。⑧原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)，隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)機(jī)械原點(diǎn)位置。⑨限位接近開(kāi)關(guān)。⑩隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)。

4.1.2 切斷裝置工作方式

輥出產(chǎn)品件達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度，交流伺服電機(jī)啟動(dòng)并驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)移動(dòng)，隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)加速到指定速度并保持;當(dāng)隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)移動(dòng)速度與產(chǎn)品件輥出線速度同步并保持時(shí)，隨即液壓站給油缸供油并驅(qū)動(dòng)切刀下切，切刀下切到位后切刀回位，產(chǎn)品件切斷;隨即交流伺服電機(jī)減速并反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)移動(dòng)回到機(jī)械原點(diǎn)。整過(guò)程中隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)往返移動(dòng)行程不可超過(guò)限位接近開(kāi)關(guān)（⑦）和限位接近開(kāi)關(guān)（⑨），并保證隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)回位在機(jī)械原點(diǎn)位置（⑧）處。

4.2 測(cè)速裝置

測(cè)速裝置主要有編碼器，測(cè)長(zhǎng)輪及固定支架組成;編碼器通過(guò)聯(lián)軸器與測(cè)長(zhǎng)輪相連接。機(jī)器工作時(shí)測(cè)長(zhǎng)輪的旋轉(zhuǎn)直接由產(chǎn)品件帶動(dòng)，此時(shí)與編碼器同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生反饋脈沖。

4.2.1 測(cè)速裝置電氣原理。直流5伏開(kāi)關(guān)電源給編碼器提供電能，編碼器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生脈沖輸出;其中一路脈沖出至可編程控制器（PLC）輸入模塊，經(jīng)過(guò)可編程控制器（PLC）內(nèi)部運(yùn)算后得到產(chǎn)品件輥出的線速度。另一路脈沖輸出至伺服器輸入端子，用作為伺服器的控制脈沖。伺服器按實(shí)際硬件控制要求設(shè)置電子齒輪、控制類(lèi)型、加減速曲線及各類(lèi)增益等參數(shù)。直接通過(guò)編碼器輸出脈沖作為伺服器的控制脈沖，這樣的好處在于響應(yīng)快，同步性好。由于可編程控制器（PLC）硬件的性能限制，程序有刷新頻率的存在，會(huì)導(dǎo)致脈沖輸出有滯后現(xiàn)象。若通過(guò)可編程控制器（PLC）計(jì)算產(chǎn)品件輥出的線速度后在換輸出伺服器的控制脈沖，則在實(shí)際中會(huì)導(dǎo)致隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)移動(dòng)速度與產(chǎn)品件輥出線速度不同步，存在滯后現(xiàn)象。

4.3 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件主要有伺服器及伺服電機(jī)。伺服電機(jī)電機(jī)控制方式主要有三種，即：①位置模式，②轉(zhuǎn)矩模式，③速度模式。本文介紹的應(yīng)用案例主要用速度模式控制伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)用脈沖頻率并配合方向信號(hào)來(lái)控制伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，從而獲得隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)所需的移動(dòng)速度。

4.3.1 伺服器電氣原理如圖2。伺服器主電源接線端L1、L2、L3接入三相380V 50Hz交流電，控制電源接線端L11、L21用短接片接入交流電。伺服器U、V、W端子接入伺服電機(jī)電源線，同時(shí)將伺服電機(jī)編碼器線纜插頭插進(jìn)伺服器CN2口。伺服器及伺服電機(jī)外殼接地。伺服器J1口連接至可編程控制器（PLC）通訊模塊，用于速度等數(shù)據(jù)等交互，CN1口連接脈沖輸入端。伺服器其余控制端子接入可編程控制器（PLC）輸出或輸入模塊，用于開(kāi)關(guān)量信號(hào)交互使用。

4.3.2伺服器控制方式

輸入信號(hào)：Q0.0為ON時(shí)，對(duì)伺服器進(jìn)行報(bào)警復(fù)位;Q0.1為ON時(shí)，表示外部信號(hào)正常;Q0.2為OFF時(shí)，伺服器緊急停止，伺服電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng);Q0.3、Q0.5為ON時(shí)，為手動(dòng)模式下，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的點(diǎn)動(dòng);Q0.4或Q0.6為ON時(shí)，表示隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)移動(dòng)到前或后限位位置;Q0.7為ON時(shí)，伺服系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行工作;Q1.0為ON時(shí)，選擇速度1，為同步速度;Q1.1為ON時(shí)，選擇速度2，為回原點(diǎn)速度;Q1.2為ON時(shí)，表示隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)回到原點(diǎn)位。Q1.3為ON時(shí)，為隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)同步速度動(dòng)作結(jié)束;Q1.4為ON時(shí)，伺服系統(tǒng)程序復(fù)位。

輸出信號(hào)：I0.0為ON時(shí)，伺服系統(tǒng)準(zhǔn)備完成;I0.1為ON時(shí)，伺服系統(tǒng)故障報(bào)警;I0.2為ON時(shí)，此時(shí)速度保持同步;I0.3為ON時(shí)，切刀下切;I0.4為ON時(shí)，切斷完成;I0.5為ON時(shí)，隨動(dòng)切斷機(jī)構(gòu)完成回機(jī)械原點(diǎn)位置。

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