PLC在高精度定尺剪切控制系统中的应用
日期：2006-4-20 0:22:24 来源：本文摘自《PLC&FA》
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生产饮料筒、油漆筒(桶)、机油筒(桶)等薄板类金属容器的第一道工序就是把厚为0.2～0.5mm、宽为320～1200mm的卷板按所生产容器的不同剪成不同长度的板料，然后送到下面的工序，如套色印花、焊接、胀型、封口(底)等最终成型。由于后面的工序，特别是套色印花工序对长度偏差的要求甚高，为±0.25mm/1000mm(对角线偏差为±0.4mm/1000mm)，单位时间的剪切数量较高,一般不少于50/min，普通的剪切设备达不到上述要求。有经济实力的大型企业从国外进口生产线，这种生产线从板料的开卷、校平、定尺剪切到最终成型，由工控计算机作上位机，控制多台PLC，既由计算机根据动作需要向PLC写入或读出数据，达到控制整条生产线的目的。这种生产线结构复杂，价格昂贵。对于中小企业，我们研制了一种仅需1台PLC控制的、结构简单、造价低廉、剪切精度和剪切产量达到和超过上述要求的高精度定尺剪切系统。
剪切系统的结构示意如图1所示。由图1可见，系统的机械部分由夹送机构和剪切机构两部分组成:夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，上下夹送辊的加紧力调至刚好压紧板料，使板料在两辊中按设定的速度无滑动滚动;剪切机构与一般剪床同，只是剪切的驱动力来自高压气体。
系统的电气控制部分采用日本光洋的SU系列可编程序控制器;包括SU-5M(CPU模块)，U-01SP单轴伺服定位控制摸块;U-05N16点DC12/24V输入模块;U-01T8点AC220V继电器输出模块等;人机界面为CL-02DS液晶汉字显示设定单元。伺服系统采用日本安川的交流伺服电机SGMGH-20ADA61和SGDM-20AD数字交流伺服驱动器。
3.1 控制原理
在手动状态(板料安装)时，夹送辊可作正反2个方向转动。在自动工作情况下，夹送辊的转动方向如图1所示。若确定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当PLC检测到伺服电机反馈的脉冲数达到所设定的目标值(既长度)时，PLC发出信号，交流伺服电机停止转动，同时，方向控制阀的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得1个脉冲，此脉冲即可计算剪切数量，又能作为下1个循环的开始信号。
3.2 参数设置
(1) 一般参数的设置
a) 主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾2个方面，一是生产能力，二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到精确停止的要求，剪切长度精度不高;当然，慢了，达不到生产力的要求。
b) 脉冲当量的确定:在本例中，之所以能进行高精度定尺剪切，实际上就是精确的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，既为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可。
c) 脉冲编码器反馈的每转脉冲数(分周比)的确定:脉冲当量确定以后，这个参数就好确定了。设计时，夹送辊的直径已定，则其周长也已确定。只要用主动辊的周长除以脉冲当量，即为脉冲编码器反馈的每转脉冲数。该数应为整数，当得数为小数时，与脉冲当量一同作一些调整即可。应注意的是确定的脉冲编码器反馈的每转脉冲数必须在所选的脉冲编码器最大的每转脉冲数范围之内。
d) 伺服驱动器工作模式:速度控制模式。
(2) 智能模块的参数选择
U-01SP智能模块的参数共有21个，主要参数有:
a) 设定的主轴转速时智能模块发出的脉冲频率FBF:U-01SP智能模块与数字式交流伺服驱动器配合使用，可以在交流伺服电机额定的转速内任意设定，这个设定值就是FBF:
FBF(kHz)=主轴转速(RPS)×脉冲编码器反馈的每转脉冲数(PPR)
1引言
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生产饮料筒、油漆筒(桶)、机油筒(桶)等薄板类金属容器的第一道工序就是把厚为0.2～0.5mm、宽为320～1200mm的卷板按所生产容器的不同剪成不同长度的板料，然后送到下面的工序，如套色印花、焊接、胀型、封口(底)等最终成型。由于后面的工序，特别是套色印花工序对长度偏差的要求甚高，为±0.25mm/1000mm(对角线偏差为±0.4mm/1000mm)，单位时间的剪切数量较高,一般不少于50/min，普通的剪切设备达不到上述要求。有经济实力的大型企业从国外进口生产线，这种生产线从板料的开卷、校平、定尺剪切到最终成型，由工控计算机作上位机，控制多台PLC，既由计算机根据动作需要向PLC写入或读出数据，达到控制整条生产线的目的。这种生产线结构复杂，价格昂贵。对于中小企业，我们研制了一种仅需1台PLC控制的、结构简单、造价低廉、剪切精度和剪切产量达到和超过上述要求的高精度定尺剪切系统。
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图1 剪切系统结构示意图2 硬件构成
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剪切系统的结构示意如图1所示。由图1可见，系统的机械部分由夹送机构和剪切机构两部分组成:夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，上下夹送辊的加紧力调至刚好压紧板料，使板料在两辊中按设定的速度无滑动滚动;剪切机构与一般剪床同，只是剪切的驱动力来自高压气体。
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系统的电气控制部分采用日本光洋的SU系列可编程序控制器;包括SU-5M(CPU模块)，U-01SP单轴伺服定位控制摸块;U-05N16点DC12/24V输入模块;U-01T8点AC220V继电器输出模块等;人机界面为CL-02DS液晶汉字显示设定单元。伺服系统采用日本安川的交流伺服电机SGMGH-20ADA61和SGDM-20AD数字交流伺服驱动器。
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3 定尺剪切控制
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3.1 控制原理
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在手动状态(板料安装)时，夹送辊可作正反2个方向转动。在自动工作情况下，夹送辊的转动方向如图1所示。若确定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当PLC检测到伺服电机反馈的脉冲数达到所设定的目标值(既长度)时，PLC发出信号，交流伺服电机停止转动，同时，方向控制阀的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得1个脉冲，此脉冲即可计算剪切数量，又能作为下1个循环的开始信号。
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3.2 参数设置
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(1) 一般参数的设置
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a) 主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾2个方面，一是生产能力，二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到精确停止的要求，剪切长度精度不高;当然，慢了，达不到生产力的要求。
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b) 脉冲当量的确定:在本例中，之所以能进行高精度定尺剪切，实际上就是精确的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，既为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可。
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c) 脉冲编码器反馈的每转脉冲数(分周比)的确定:脉冲当量确定以后，这个参数就好确定了。设计时，夹送辊的直径已定，则其周长也已确定。只要用主动辊的周长除以脉冲当量，即为脉冲编码器反馈的每转脉冲数。该数应为整数，当得数为小数时，与脉冲当量一同作一些调整即可。应注意的是确定的脉冲编码器反馈的每转脉冲数必须在所选的脉冲编码器最大的每转脉冲数范围之内。
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d) 伺服驱动器工作模式:速度控制模式。
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(2) 智能模块的参数选择
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U-01SP智能模块的参数共有21个，主要参数有:
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a) 设定的主轴转速时智能模块发出的脉冲频率FBF:U-01SP智能模块与数字式交流伺服驱动器配合使用，可以在交流伺服电机额定的转速内任意设定，这个设定值就是FBF:
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FBF(kHz)=主轴转速(RPS)×脉冲编码器反馈的每转脉冲数(PPR)
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