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浅析强力圆切机程序控制系统如何满足生产需要
2014-05-27 15:34:58 来源:www.qikanku.cn 作者: 【 】 浏览:1084次 评论:0
    泡绵广泛地应用于各行各业,市场需求量大。某企业的一台泡绵圆切机,其可切割厚度范围较小,切割精度和准确度不够,影响了正常的生产过程,拖延了工期。现该企业扩大生产,要提高切割精度和准确度,且需要切割其他相似材质的材料。
    本着节省改造成本原则,在保留原机械结构不变的情况下,利用PLC编程配合伺服控制器实现高精度切割,以较小的成本取得了较好的改造效果。
    1 改造要求
    改造后的圆切机的切割厚度范围扩大到1~10 mm的,切割厚度设置精确到十分位,实际切割厚度误差小于0.2 mm。同时,在生产的过程中,滚筒的速度可调。
    2 分析与设计
    2.1 切割原理
    两台三相交流电机作为本圆切机控制系统的执行机构。第一台电机控制刀片的切割运动,当刀片与筒型待切材质接触时,对其切割并提供转动动力。第二台电机控制丝杆的转动,丝杆与滚筒螺纹相联,将丝杆的旋转运动转化成滚筒的升降直线运动。
    切割厚度的控制依据阿基米德螺线的切割原理,阿基米德螺线曲线极坐标方程为:r=a?夼,其中a为阿基米德螺线的参数,该曲线两条臂之间的距离恒等于2?仔a。根据这一原理,切割厚度d厚为2?仔a,即滚筒每转一圈,直线运动下降距离应为切割厚度d厚,也即滚筒转一圈所用时间与直线运动下降d厚的距离所用时间相等。
    2.2 系统设计
    本控制系统包括机械和电气两个部分。通过测算,机械系统的误差相对总允许误差较小,对本系统影响较小,在设计时可以进行适当的忽略。机械部件部分参数如下:
    ①丝杆螺距:L=5 mm,即丝杆转一圈,升降变化距离;
    ②伺服电机到丝杆的传动比:N=1,即伺服电机齿轮旋转1圈,丝杆转动为1圈。
    根据阿基米德螺线曲线的切割原理,本系统控制任务是使滚筒下降的速度与滚筒的转速相配合,是一个速度随动系统。根据这一要求,设计一个以可编程控制器(PLC)为核心的自动控制系统,如图1所示:
    变频器控制滚筒作圆周运动,编码器与滚筒同轴相连,将滚筒的角速度转成脉冲信息传递给PLC.PLC经过计算,通过伺服控制器同步控制升降运动,达到等厚度切割.控制方式分为自动模式和半自动模式。
    伺服控制器接收PLC输出的模拟电压,将其换算成相应的转速值,控制丝杆的运动,以达到控制切割厚度的目的。
    从该控制系统的实际应用角度考虑,主要考虑稳态误差ess和调节时间ts这两个参数。根据厂方的要求,在生产厚度为1~10 mm范围内的绝对误差不大于0.2 mm,即稳态误差ess<2%.因这是个数字控制系统,调节时间ts涉及到系统运行周期,运行周期应小于滚筒在加速时产生2%切割误差的时间。由于加速度可调,但要符合生产的实际情况,故需要在编程上做特殊处理。
    2.3 选型与系统实施
    根据厂方要求,结合生产中滚筒速度在5~24 r/min的实际情况,本控制系统选用台达变频器VFD037M43 A作为第一台电机的控制器,通过调节其“第一加速度时间”可以减小在加速切割时造成的切割误差。出于成本和性能的考虑,使用台达ASD-A1521MA作为第二台电机的伺服控制器,该控制器的时间常量为2.2 ?滋s,且具有速度S函数平滑器功能,能够有效抑制系统的震荡。台达PLC DVP12SC具有0.1 ms的连接计时器,将其作为中央控制器能够更准确地获得时间参数,配合分辨率为E1=2 000 P/R编码器作为滚筒旋转测速器件,能够满足计算公式的误差要求.
    在软件设计方面,从生产产品的厚度范围和要求的精度可知,最大误差不大于2%,即测量的滚筒转速误差不能大于2%。在使用PLC高速计数模块时,PLC硬件电路以脉冲的上升沿作为一个脉冲的标志,存在量化误差。如:当滚筒运行在5 r/min,每个脉冲为6 ms,若以每20个脉冲计算一次速度,则误差为5%.所以,最小测速脉冲间隔P间隔应为:
    影响速度测量的另一个因素是计时器.根据实际的生产情况,滚筒的转速范围为5~24 r/min。当滚筒运行在最高速时,每个脉冲为1.25 ms。若每50个脉冲测量一次速度,则每隔62.5 ms测量一次。该PLC提供了一个高速连接定时器D1015,最小计时单位为100 us,能够满足该系统的要求.因高速连接定时器D1015的计数范围是0~32 767,所以在使用时需要对计数进行处理,同时,考虑到工业生产过程中,滚筒存在偏心,故需要对测量得到的速度数据进行平滑处理。在软件设计平滑处理的同时,在伺服器端也可设置滤波选项及S平滑函数。
    3 总 结
    对原系统进行改造后,取得试验部分典型数据见表1:
    试验证明,改造后的系统能够较好的满足生产需要。
    参考文献:
    [1] 花军,王忠奎.旋切机旋切的基本原理和主要技术参数的确定[J].木工机床,2002,(2).
    [2] 肖卫国.高等数学[M].上海:同济大学出版社,2004.
    [3] 黄家英.自动控制原理[M].北京:高等教育出版社,2003.
    [4] 温钢云,黄道平.计算机控制技术[M].广州:华南理工大学出版社,2001.
    [5] 余雷声.电气控制及PLC应用[M].北京:机械工业出版社,1997.
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