亨士樂編碼器在自動剪板機控制方面的應(yīng)用

剪板機是鋼板連續(xù)生產(chǎn)線中不可缺少的重要設(shè)備，用于切割鋼板的實體尺寸、切割、切割樣品和切割局部缺陷。目前，剪刀的功能要求不斷擴大，對剪刀的生產(chǎn)效率和加工精度提出了更高的要求。將亨士樂編碼器的測速、定位功能用于自動化控制剪板機，大大提高了設(shè)備的電氣性能，提高了設(shè)備自動化水平，實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率，降低了人員的勞動強度。

1.自動剪板機結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動剪板機應(yīng)能根據(jù)切割板的材質(zhì)、厚度和切割長度自動調(diào)整切割行程和刀片間隙。



在此基礎(chǔ)上，設(shè)計的自動切割機分為五個部分：回料模塊、調(diào)平模塊、定尺模塊和切割模塊。這些模塊協(xié)同工作以實現(xiàn)自動切割并滿足精度要求。在模塊的減材、整平和長度確定中，輥軸作為能量源，電動機作為能量源。由于操作過程中的高振動和線性提升運動，剪切模塊考慮采用氣動傳動。注意電動機編碼器的同步，即用滾柱軸驅(qū)動自行車。

退料模塊由退料模塊和夾緊模塊組成。放卷模塊中的進料機構(gòu)的原料夾持部分可以左右移動，以調(diào)整出料的最大寬度。夾緊模塊主要將待切割的鋼板向前傳遞。模塊有兩個旋轉(zhuǎn)軸，上部為從動軸，下部為驅(qū)動軸。驅(qū)動軸由電機直接驅(qū)動，從動軸可上下移動，以適應(yīng)不同厚度鋼板的夾緊和傳動。由于切割對象是鋼板，因此必須在夾緊機構(gòu)的鋼板輸出部分安裝支架。

調(diào)平裝置采用上下壓輥對待加工產(chǎn)品進行壓縮，確保Hengstler編碼器其符合預(yù)期要求。壓輥軸與該模塊中的軸之間的位置應(yīng)適當(dāng)布置，上下軸的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反，以達到傳動效果。通過使用一個齒輪箱和一個在上輥上有一個調(diào)節(jié)輥的平行機構(gòu)，通過矯直機上的壓力計控制特定的調(diào)平要求。

定長模塊主要由支架、上下滾輪軸、支撐桿和滑塊組成。自動剪板機應(yīng)能滿足不同寬度和厚度鋼板的切割要求，因此上下輥軸之間的距離應(yīng)可調(diào)節(jié)。對于模塊的定長滾柱軸，為了保證高的傳動精度，上下滾柱軸應(yīng)能同步旋轉(zhuǎn)。因此，選擇了用于傳動的同步齒輪成形帶，該帶具有傳動精度高、傳動效率高、運行平衡的優(yōu)點，進一步提高了設(shè)備的性能。

該自動切割機的切割模塊采用平行刀片切割結(jié)構(gòu)。對于剪切模塊，由于其在操作過程中的高振動和線性行程運動，可以考慮流體傳輸。由于與液壓傳動相比，氣動傳動具有清潔、安全、易于實施和成本較低的特點，因此通常盡可能多地使用氣動傳動。根據(jù)工作過程中振動大的特點和剪切力工作載荷的計算，采用氣動驅(qū)動方法實現(xiàn)了一種已在實踐中得到證明的鋼板剪板機。

2.自動剪板機控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)剪板機的工作要求，其控制系統(tǒng)的主控制器采用PLC，受料模塊、調(diào)平模塊和定長模塊中的電機由變頻器配合編碼器實現(xiàn)變頻調(diào)速的閉環(huán)控制，以滿足加工過程中的速度要求。為了保證三臺電機的同步運行要求，僅僅依靠變頻器進行速度控制是不夠的?？赡艽嬖阱e誤累積問題。如果斷層堆積過大，可能會導(dǎo)致材料過度堆積并損壞鋼板，或者鋼板會因過大的拉應(yīng)力而變形。因此，在控制系統(tǒng)中采用同步控制來實現(xiàn)對電機的同步控制。為了滿足切割機對刀片長度的高精度要求，在定長模塊輥軸上采用旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測輥軸的線速度和旋轉(zhuǎn)長度，實現(xiàn)對鋼板長度的精確控制。顯示了自動剪板機控制的示意圖。



2.1.1 PLC的選擇與應(yīng)用

工藝流程的特點和應(yīng)用要求是選擇的主要依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)需要13個輸入和8個輸出連接。其中，從輸出端到三個變頻器有6個輸出，用于控制電機的正向和反向旋轉(zhuǎn)。為了確保輸出端的⑶M端不交叉，選擇了一個40點的I/O點數(shù)（最初是根據(jù)I/O點數(shù)確定的，一個24點的PLC就足夠了）。dPLC的輸出不僅必須驅(qū)動變頻器，還必須驅(qū)動電磁閥，電磁閥屬于交流和直流負(fù)載，因此應(yīng)選擇繼電器輸出模式。經(jīng)過慎重考慮，控制器選用三菱PLC，型號為FX1N-40MR。表1和表2顯示了控制器中的PLC輸入和輸出映射表。



PLC輸入分配表輸入功能備注計數(shù)連接編碼器A相位計數(shù)連接編碼器B相位上限傳感器觸發(fā)下限傳感器觸發(fā)正點動手動正向反向點動手動反向點動向上手動點動向下手動通電且自動應(yīng)選擇開關(guān)模式自動開/關(guān)且手動應(yīng)為選擇開關(guān)模式（循環(huán)）在自動模式下，單循環(huán)設(shè)備循環(huán)的循環(huán)動作開始一次。表2：準(zhǔn)備PLC輸出分配表輸出功能長模塊正向旋轉(zhuǎn)啟動STF端模塊模塊連接固定長度模塊變頻器，反向旋轉(zhuǎn)啟動STR端調(diào)平連接調(diào)平模塊變頻器。

有兩種方法可以設(shè)置變頻器的工作頻率。第一種方法是設(shè)置變頻器端口的頻率，即通過選擇不同的端口輸出不同的頻率來使用變頻器。這種方法的優(yōu)點是連接簡單，不需要復(fù)雜的軟件。然而，缺點是設(shè)置不能任意改變，并且靈活性差。第二種方法是應(yīng)用提供給FR-E500的通信模塊，并支持USS（通用串行接口協(xié)議）。有了USS協(xié)議，變頻器的輸出頻率可以通過上位機中的軟件進行調(diào)整，并可以實時在線更新設(shè)置以更改輸出頻率。相應(yīng)的缺點是它導(dǎo)致PLC程序非常復(fù)雜。此外，USS協(xié)議設(shè)置頻率的速度比第一種方法慢（第一種方法消耗不到10ms，而第二種方法消耗在20-30之間）。從系統(tǒng)穩(wěn)定性和實時性的角度來看，第一種方法更合理。

根據(jù)變頻器（FR-E500）的技術(shù)規(guī)范，以固定長度模塊為例，在表中顯示了端口分配。



固定長度模塊使用變頻器端口映射表。變頻器連接器的功能是連接三相電源中的Ll相、三相電源中L2相和三相電源中L3相。正向操作調(diào)節(jié)端口用于設(shè)置反向操作調(diào)節(jié)端口，公共輸入端口用于連接到PLC的COM端口，頻率調(diào)節(jié)點用于連接到同步控制器的VS01端口，模擬信號輸入點用于連接同步控制器的VS01端口。接地連接到電動機1U，并且電動機IV連接到電動機1W。2.1.3同步控制器的選擇和應(yīng)用市場上只有少數(shù)制造商提供同步控制器。其中，德爾塔同步控制器具有更高的成本效益。因此，本裝置選用德爾塔同步控制器的SCD-B系列產(chǎn)品SCD08B21A型，每臺同步控制器可控制8臺機組的速度鏈，每臺速度鏈由反饋信號和機組輸出兩部分組成。在反饋信號結(jié)束時，傳感器測量的鋼板密度的信號應(yīng)以模擬量的形式輸入同步控制器，單元輸出端口應(yīng)連接到變頻器的頻率調(diào)節(jié)器端口。

當(dāng)同步控制器工作時，它將模塊電機的速度134作為參考（主電機），并與其他電機（從電機）的速度相匹配。在該剪板機中，固定長度模塊的電機用作參考，因此反饋信號的輸入端應(yīng)相應(yīng)地連接到單元2和3中的反饋信號。三個變頻器的頻率調(diào)節(jié)端口必須連接到同步控制器的單元輸出端口，同步控制的目的是通過控制器的內(nèi)部計算來實現(xiàn)的。根據(jù)同步控制器的技術(shù)規(guī)范（SCD08B21A）。



2.1.4自動剪板機控制系統(tǒng)接線示意圖



同步控制器端口分配表：同步控制器端口動作反饋信號2輸入VSF2，接收模擬信號反饋信號2輸人，接地反饋信號3輸入VSF3，接收模擬信息反饋信號3輸人，第一單元接地輸出VS01，連接模塊變頻器頻率設(shè)置端2第一單元輸出公共端，接地第二單元輸出VSOl，將調(diào)平模塊變頻器的頻率設(shè)置端連接至裝置2輸出的公共端，將接地裝置3輸出的VS01和饋線模塊變頻器的設(shè)置端連接到裝置的公共端。

2.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

針對典型的板材切割過程，編寫了相應(yīng)的PLC控制程序，具有手動操作和自動操作等功能。

2.2.1初始化導(dǎo)體圖

所謂的程序初始化用于設(shè)置控制程序的初始化參數(shù)。初始化程序在開始時運行一次，結(jié)果存儲在組件映像選項卡中。這些組件中的大多數(shù)在程序執(zhí)行過程中不會更改。為了初始化控制系統(tǒng)的導(dǎo)體程序，M8044作為原始狀態(tài)，初始狀態(tài)識別原始狀態(tài)并作為自動操作的啟動條件；M8000用于運行監(jiān)控，在PLC運行時連接M8000；在執(zhí)行初始化RUN監(jiān)控M8000驅(qū)動狀態(tài)的IST語句后，以下組件自動切換和控制：S0，手動操作的初始狀態(tài)；S1，初始狀態(tài)復(fù)位；S2表示自動操作的初始狀態(tài)。



2.2.2手動操作SFC圖

圖5顯示了SFC的手動操作。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的最大特點是從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)后，前一個狀態(tài)會自動重置。通過將兩位按鈕開關(guān)選擇到手動操作功能位置（X20），可以進行剪板機的手動操作，可以實現(xiàn)電動（向前和向后旋轉(zhuǎn)）和托拉（上下點動）等手動操作。



自動運行SFC圖表。自動運行程序可以執(zhí)行循環(huán)和單循環(huán)命令，以滿足不同的控制要求。Self-5力模式又分為循環(huán)模式和單循環(huán)模式。循環(huán)法是生產(chǎn)中最常用的方法。按下自動啟動按鈕后，剪板機應(yīng)能實現(xiàn)連續(xù)的自動送料和切割。單循環(huán)法是采煤機實現(xiàn)自動上料和下料，一次只有一個循環(huán)，即一個循環(huán)。這種方法的效率低于自動循環(huán)方法，主要用于調(diào)試，因此操作員可以很容易地進行調(diào)試，以獲得令人滿意的接口結(jié)果。

2.2.3自動操作SFC圖



3.結(jié)論

通過現(xiàn)場應(yīng)用證明，先進的PLC、變頻器、同步控制器等相關(guān)技術(shù)在自動剪板機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，極大地提高了亨士樂編碼器設(shè)備的電氣性能和自動化水平，極大地提升了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了人員的工作強度，能夠滿足產(chǎn)品品種變化的靈活需求。該自動切割機已投入生產(chǎn)運行，取得了良好的性能和滿意的效果。它對產(chǎn)品市場的進一步擴大具有巨大的促進作用，真正體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新的價值。

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