摘要:針對目前開卷校平橫切生產(chǎn)線的技術(shù)特點和工藝要求,結(jié)合星辰伺服系統(tǒng)的寬調(diào)速及優(yōu)異的動態(tài)指標的特點,提出可簡化傳動結(jié)構(gòu),提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品精度要求,降低成本的該方案。
1 市場現(xiàn)狀
目前,在一些定位精度或動態(tài)響應(yīng)要求比較高的運動控制中,廣泛使用數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣,在驅(qū)動器和電機之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其位置控制分辨高,可靠性好,已成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
定長控制廣泛應(yīng)用在軋鋼生產(chǎn)中,其控制性能的優(yōu)劣直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。目前大多數(shù)老的生產(chǎn)線還是采用傳統(tǒng)的直流伺服控制,但在新的生產(chǎn)線尤其是對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度要求較高的場合廣泛使用數(shù)字式的交流伺服系統(tǒng),其優(yōu)越的性能已在生產(chǎn)中得到了充分的體現(xiàn).
1.1 系統(tǒng)組成
開卷較平橫切機組是一種常用的板金設(shè)備,通常它將0.2mm~4mm的金屬卷材按照用戶的要求橫切成板材。卷材橫剪機組主要有放料部分、較平部分,活套部分、送料部分、剪切部分和碼垛部分組成。送料部分的運動是間歇運動,在送料運動停止期間,剪刀部分運動并將送料部分送來的材料橫向切斷。放料和較平部分是連續(xù)運動的,而活套部分是協(xié)調(diào)送料部分和放料部分的速度。機組的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 開卷較平橫切機組的結(jié)構(gòu)示意圖
1.2 工作原理
在該類機組中卷材的橫切是在材料停頓時刻進行的,也就是說,切刀刀口分離時,定長控制系統(tǒng)啟動,長度由內(nèi)含脈沖發(fā)生器的伺服驅(qū)動器進行控制,觸發(fā)開始后,系統(tǒng)直接以預設(shè)的加減速率、最高速度、S曲線以及目標長度為基本參數(shù),計算出運轉(zhuǎn)速度曲線,直接驅(qū)動伺服馬達自動運轉(zhuǎn)至定位。當輸送的長度到達規(guī)定長度時,卷材停止運動,切刀刀口閉合,將卷材切斷。依次循環(huán),自動地將卷材切割成規(guī)定長度的板材。其速度曲線如圖2所示。

圖2 速度控制曲線
而在控制方面,根據(jù)位置控制方式的不同,可分為兩種:
1.2.1 位置半閉環(huán)控制
在這種控制方式下,伺服電機上的反饋元件既是速度反饋元件又是位置反饋元件。根據(jù)設(shè)定的加速度、運行速度、減速度和長度,在伺服控制器中,定位功能模塊自動的完成速度和位置的控制。這種控制方式的缺點是不能消除牽引輥打滑和機械傳動間隙產(chǎn)生的長度誤差。
1.2.2 位置全閉環(huán)控制
在位置全閉環(huán)控制方式中,增加了測量輪。在測量輪上安裝了增量式光電編碼器,伺服電機上的編碼器為速度反饋元件,測量輪上的編碼器為位置反饋元件。這樣,伺服控制器可消除牽引輥打滑和機械傳動間隙產(chǎn)生的長度誤差。但位置系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩。
2 用戶實際需求
某該設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)有一條這樣的生產(chǎn)線需改進:參數(shù)如下:
電機 Z4-112/4-1 5.5Kw
輥徑 140mm
減速比:1:10
線速度 60m/min
板料3*1600,中間橋深3米,寬4米。
要求定尺2米板,每分鐘不低于25張,定尺精度0.1mm
如果采用其他伺服電機驅(qū)動+減速機,不管是半閉環(huán)或者全閉環(huán)位置控制,均無法滿足要求。
3 解決方案
星辰公司根據(jù)綜合考慮,采用位置全閉環(huán)的控制方式,在機械設(shè)計時,采用低速永磁同步電機+同步帶輪傳動,機組中的其他結(jié)構(gòu)不變。
具體參數(shù)如下:
電機: 750rpm 96Nm 7.5Kw
同步帶減速比為1:3
驅(qū)動器型號為: NAS4B325M
整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 采用星辰低速永磁同步電機結(jié)構(gòu)示意圖
經(jīng)過安裝調(diào)試后,得到的數(shù)據(jù)為:
線速度為:108m/min,每分鐘剪2米板可達50張,每張板的精度在0.05mm以內(nèi),使直接用戶的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高,而且在用戶現(xiàn)場測量得到的電流數(shù)據(jù)中,原先類似生產(chǎn)線的總電流約30A,即功率約15Kw。采用星辰永磁低速電機后在現(xiàn)場的電流為33A,因此,在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高的同時,能耗基本沒有增加。
4 成本
而在設(shè)備成本方面,星辰公司的這套包括電機和驅(qū)動器一起還不到2萬元。