亨士樂(lè)編碼器在自動(dòng)剪板機(jī)控制方面的應(yīng)用

剪板機(jī)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(shí)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(kuò)大，對(duì)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(lè)編碼器的測(cè)速、定位功能用于自動(dòng)化控制剪板機(jī)，大大提高了設(shè)備的電氣性能，提高了設(shè)備自動(dòng)化水平，實(shí)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(dòng)強(qiáng)度。

1.自動(dòng)剪板機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)剪板機(jī)應(yīng)能根據(jù)切割板的材質(zhì)、厚度和切割長(zhǎng)度自動(dòng)調(diào)整切割行程和刀片間隙。



在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的自動(dòng)切割機(jī)分為五個(gè)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)切割并滿足精度要求。在模塊的減材、整平和長(zhǎng)度確定中，輥軸作為能量源，電動(dòng)機(jī)作為能量源。由于操作過(guò)程中的高振動(dòng)和線性提升運(yùn)動(dòng)，剪切模塊考慮采用氣動(dòng)傳動(dòng)。注意電動(dòng)機(jī)編碼器的同步，即用滾柱軸驅(qū)動(dòng)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(jìn)料機(jī)構(gòu)的原料夾持部分可以左右移動(dòng)，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(gè)旋轉(zhuǎn)軸，上部為從動(dòng)軸，下部為驅(qū)動(dòng)軸。驅(qū)動(dòng)軸由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)軸可上下移動(dòng)，以適應(yīng)不同厚度鋼板的夾緊和傳動(dòng)。由于切割對(duì)象是鋼板，因此必須在夾緊機(jī)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(duì)待加工產(chǎn)品進(jìn)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(dá)到傳動(dòng)效果。通過(guò)使用一個(gè)齒輪箱和一個(gè)在上輥上有一個(gè)調(diào)節(jié)輥的平行機(jī)構(gòu)，通過(guò)矯直機(jī)上的壓力計(jì)控制特定的調(diào)平要求。

定長(zhǎng)模塊主要由支架、上下滾輪軸、支撐桿和滑塊組成。自動(dòng)剪板機(jī)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(duì)于模塊的定長(zhǎng)滾柱軸，為了保證高的傳動(dòng)精度，上下滾柱軸應(yīng)能同步旋轉(zhuǎn)。因此，選擇了用于傳動(dòng)的同步齒輪成形帶，該帶具有傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)效率高、運(yùn)行平衡的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了設(shè)備的性能。

該自動(dòng)切割機(jī)的切割模塊采用平行刀片切割結(jié)構(gòu)。對(duì)于剪切模塊，由于其在操作過(guò)程中的高振動(dòng)和線性行程運(yùn)動(dòng)，可以考慮流體傳輸。由于與液壓傳動(dòng)相比，氣動(dòng)傳動(dòng)具有清潔、安全、易于實(shí)施和成本較低的特點(diǎn)，因此通常盡可能多地使用氣動(dòng)傳動(dòng)。根據(jù)工作過(guò)程中振動(dòng)大的特點(diǎn)和剪切力工作載荷的計(jì)算，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)了一種已在實(shí)踐中得到證明的鋼板剪板機(jī)。

2.自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)剪板機(jī)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(zhǎng)模塊中的電機(jī)由變頻器配合編碼器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的閉環(huán)控制，以滿足加工過(guò)程中的速度要求。為了保證三臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行要求，僅僅依靠變頻器進(jìn)行速度控制是不夠的?？赡艽嬖阱e(cuò)誤累積問(wèn)題。如果斷層堆積過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致材料過(guò)度堆積并損壞鋼板，或者鋼板會(huì)因過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的同步控制。為了滿足切割機(jī)對(duì)刀片長(zhǎng)度的高精度要求，在定長(zhǎng)模塊輥軸上采用旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測(cè)輥軸的線速度和旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板長(zhǎng)度的精確控制。顯示了自動(dòng)剪板機(jī)控制的示意圖。



2.1.1 PLC的選擇與應(yīng)用

工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是選擇的主要依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)需要13個(gè)輸入和8個(gè)輸出連接。其中，從輸出端到三個(gè)變頻器有6個(gè)輸出，用于控制電機(jī)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(gè)40點(diǎn)的I/O點(diǎn)數(shù)（最初是根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)確定的，一個(gè)24點(diǎn)的PLC就足夠了）。dPLC的輸出不僅必須驅(qū)動(dòng)變頻器，還必須驅(qū)動(dòng)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(guò)慎重考慮，控制器選用三菱PLC，型號(hào)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(jì)數(shù)連接編碼器A相位計(jì)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(diǎn)動(dòng)手動(dòng)正向反向點(diǎn)動(dòng)手動(dòng)反向點(diǎn)動(dòng)向上手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)向下手動(dòng)通電且自動(dòng)應(yīng)選擇開關(guān)模式自動(dòng)開/關(guān)且手動(dòng)應(yīng)為選擇開關(guān)模式（循環(huán)）在自動(dòng)模式下，單循環(huán)設(shè)備循環(huán)的循環(huán)動(dòng)作開始一次。表2：準(zhǔn)備PLC輸出分配表輸出功能長(zhǎng)模塊正向旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)STF端模塊模塊連接固定長(zhǎng)度模塊變頻器，反向旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)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(guò)選擇不同的端口輸出不同的頻率來(lái)使用變頻器。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的軟件。然而，缺點(diǎn)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(guò)上位機(jī)中的軟件進(jìn)行調(diào)整，并可以實(shí)時(shí)在線更新設(shè)置以更改輸出頻率。相應(yīng)的缺點(diǎn)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(shí)時(shí)性的角度來(lái)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(zhǎng)度模塊為例，在表中顯示了端口分配。



固定長(zhǎng)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(diǎn)用于連接到同步控制器的VS01端口，模擬信號(hào)輸入點(diǎn)用于連接同步控制器的VS01端口。接地連接到電動(dòng)機(jī)1U，并且電動(dòng)機(jī)IV連接到電動(dòng)機(jī)1W。2.1.3同步控制器的選擇和應(yīng)用市場(chǎng)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(tái)同步控制器可控制8臺(tái)機(jī)組的速度鏈，每臺(tái)速度鏈由反饋信號(hào)和機(jī)組輸出兩部分組成。在反饋信號(hào)結(jié)束時(shí)，傳感器測(cè)量的鋼板密度的信號(hào)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(shí)，它將模塊電機(jī)的速度134作為參考（主電機(jī)），并與其他電機(jī)（從電機(jī)）的速度相匹配。在該剪板機(jī)中，固定長(zhǎng)度模塊的電機(jī)用作參考，因此反饋信號(hào)的輸入端應(yīng)相應(yīng)地連接到單元2和3中的反饋信號(hào)。三個(gè)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(guò)控制器的內(nèi)部計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)同步控制器的技術(shù)規(guī)范（SCD08B21A）。



2.1.4自動(dòng)剪板機(jī)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(dòng)作反饋信號(hào)2輸入VSF2，接收模擬信號(hào)反饋信號(hào)2輸人，接地反饋信號(hào)3輸入VSF3，接收模擬信息反饋信號(hào)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(jì)

針對(duì)典型的板材切割過(guò)程，編寫了相應(yīng)的PLC控制程序，具有手動(dòng)操作和自動(dòng)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(shí)運(yùn)行一次，結(jié)果存儲(chǔ)在組件映像選項(xiàng)卡中。這些組件中的大多數(shù)在程序執(zhí)行過(guò)程中不會(huì)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(shí)別原始狀態(tài)并作為自動(dòng)操作的啟動(dòng)條件；M8000用于運(yùn)行監(jiān)控，在PLC運(yùn)行時(shí)連接M8000；在執(zhí)行初始化RUN監(jiān)控M8000驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的IST語(yǔ)句后，以下組件自動(dòng)切換和控制：S0，手動(dòng)操作的初始狀態(tài)；S1，初始狀態(tài)復(fù)位；S2表示自動(dòng)操作的初始狀態(tài)。



2.2.2手動(dòng)操作SFC圖

圖5顯示了SFC的手動(dòng)操作。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的最大特點(diǎn)是從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個(gè)狀態(tài)后，前一個(gè)狀態(tài)會(huì)自動(dòng)重置。通過(guò)將兩位按鈕開關(guān)選擇到手動(dòng)操作功能位置（X20），可以進(jìn)行剪板機(jī)的手動(dòng)操作，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)（向前和向后旋轉(zhuǎn)）和托拉（上下點(diǎn)動(dòng)）等手動(dòng)操作。



自動(dòng)運(yùn)行SFC圖表。自動(dòng)運(yùn)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(dòng)啟動(dòng)按鈕后，剪板機(jī)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的自動(dòng)送料和切割。單循環(huán)法是采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料和下料，一次只有一個(gè)循環(huán)，即一個(gè)循環(huán)。這種方法的效率低于自動(dòng)循環(huán)方法，主要用于調(diào)試，因此操作員可以很容易地進(jìn)行調(diào)試，以獲得令人滿意的接口結(jié)果。

2.2.3自動(dòng)操作SFC圖



3.結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，先進(jìn)的PLC、變頻器、同步控制器等相關(guān)技術(shù)在自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，極大地提高了亨士樂(lè)編碼器設(shè)備的電氣性能和自動(dòng)化水平，極大地提升了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了人員的工作強(qiáng)度，能夠滿足產(chǎn)品品種變化的靈活需求。該自動(dòng)切割機(jī)已投入生產(chǎn)運(yùn)行，取得了良好的性能和滿意的效果。它對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大具有巨大的促進(jìn)作用，真正體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新的價(jià)值。

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