电脑横切机的伺服系统改进.docx

电脑横切机的伺服系统改进 一、 引言随着包装行业的迅猛发展，瓦楞纸板生产线的生产效率逐年提高，主要体现在瓦楞纸板生产线后端的电脑横切机速度的大幅提高。电脑横切机的控制部分需满足精准的裁切长度的同时还要满足很高的裁切速度。其难点在于纸板处于高速运动状态，切刀的动态控制需极高的运算速度和极高的跟踪性能。变频器的控制无法达到高的裁切速度（40M/min—80M/min），裁切误差也随速度的提高而越来越大，PLC对脉冲的反馈速度也无法满足裁切精度的要求。运动控制卡加进口伺服系统的控制方式是完全可以满足精度和速度的双向要求，速度可达到200M/min—300M/min，还是有价格昂贵，供货时间长等不足之处。本文着重介绍的将运动控制卡集成在伺服驱动器之内的中科传能品牌伺服驱动器在横切系统中的应用。二、 系统组成下图为电脑螺旋刀横切机控制简图。此系统实现旋转式同步动态裁切，上下两组裁切轮刀同时被伺服马达带动，各依箭头所示方向相对旋转。轮刀之上的刀刃必须作精密的调整，当上轮刀之刀刃旋转至正下方时，下刀刃恰好转至正上方，才能执行正确的裁切。每次裁切刀轮旋转一圈，便自动将材料切断一次；马达只要在相同方向连续运转，轮刀便能连续裁切。图1：电脑螺旋刀横切机控制简图系统组成及其功能介绍：1、旋转式同步飞剪控制驱动系统：接受PLC及HMI输入的运转命令及长度设定侦测量测轮编码器传回之脉冲，得知进料速度及进料长度。控制伺服马达之运转速度及同步定位动作2、人机界面（HMI）：接受设定资料及显示运转状态3、PLC：处理基本之接口、互锁、连动信号4、永磁同步伺服马达 或 感应式伺服马达：将马达动力传送至上下裁切刀轮5、轮刀：上下镜射、各带刀刃的一组回转机构6、送料检测编码器：直接紧密的接触待切材料，靠材料之横移而带动编码器产生脉冲信号三、工作原理电脑横切机切纸板时，切刀运行的速度曲线因裁切长度的不同而不同，大体分三种情况：裁切长度大于两倍切刀圆周长、裁切长度大于切刀圆周长且小于两倍切刀圆周长、裁切长度小于切刀圆周长。第一种情况：裁切长度大于两倍切刀圆周长图2: 裁切长度大于两倍切刀圆周长的运转曲线如果裁切长度大于两倍切刀圆周长，运行速度曲线如图2所示；整个裁切循环从第一个裁切点开始到第二个裁切点结束，重点分段说明如下：1. 控制系统随时监控进料长度与进料速度并控制伺服马达带动裁切刀轮，掌握正确的裁刀速度曲线。2. 从第一个裁切点开始 (裁刀方位角等于180度)，当时仍然在同步区域内，因此裁刀速度必须与进料速度维持同步运转。3. 当裁切刀」离开同步区域后，裁刀速度曲线经过控制系统精确的计算、控制，在降低到零速的同时，裁刀方位角也必须刚好等于0度。4. 当进料长度累计到适当长度时，裁切刀轮开始朝进料速度目标加速；而且裁刀速度曲线经过控制系统精确的计算、控制，务求在裁刀速度上升到与进料速度同步的同时，裁切刀轮也恰好进入同步区域。6. 进入同步区域之后，裁刀速度必须随时与进料速度维持同步运转，直到第二个裁切点出现，乃完成一次裁切循环。图3: 裁切长度大于切刀圆周长且小于两倍切刀圆周长的运转曲线如果裁切长度大于切刀圆周长且小于两倍切刀圆周长，则运行速度曲线如图3所示。基本运行速度曲线类似图2。差异如下：1. 在整个裁切循环中，当裁切刀轮离开同步区域后，裁刀速度虽然也会下降，但不会降速至零速停止，不存在零速区域。2. 经过控制系统精确的计算、控制，在裁刀速度降低到一定值之后，立刻开始再加速；务求在裁刀速度上升到与进料速度同步的同时，裁切刀轮也恰好进入同步区域；并维持同步直到第二个裁切点出现，乃完成一次裁切循环。3. 裁切长度越趋近切刀圆周长，则速度下降越少；当裁切长度等于切刀圆周长时，裁刀速度在整个裁切循环中都维持与进料速度完全同步图4: 裁切长度小于切刀圆周长的运转曲线如果裁切长度小于切刀圆周长，则运行速度曲线如图4所示；基本运行速度曲线类似图3。差异如下：1. 在整个裁切循环中，当裁切刀轮离开同步区域后，裁刀速度不降速，反而开始加速。2. 经过控制系统精确的计算、控制，在裁刀速度上升到一定值之后，立刻开始减速；务求在裁刀速度下降到与进料速度同步的同时，裁切刀轮也恰好进入同步区域；并维持同步直到第二个裁切点出现，乃完成一次裁切循环。3. 裁切长度越小，则裁刀速度上升越高，将造成马达剧烈的加减速。四、器件选型的注意事项轮切系统基本架构中所需的主要组件是：1. 同步伺服或感应伺服电机必须依据系统扭力的需要，包括伺服电机、机械系统自身的惯量、效率、摩擦损耗等因素来选定适当的形式及功率。一般选择电机时需注意：1）低惯量惯量愈低愈好，否则会损耗许多扭力去克服自身的惯量。2）适当的额定转速及减速比选定电机规格时应配合减速机构一起考虑，最佳的匹配是当电机运行于最高转速时， 即是机台切刀