飞剪长度精度控制分析与改进.pdf

总第 1 4 7期 2 0 1 5年第 5 期 应 用技 术 机械管理开发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVEL0PM ENT 飞剪长度精度控制分析与改进 To t a l o f 1 4 7 NO 5 2 0 1 5 卫 永锋 山西太钢 不锈 钢股份 有 限公 司装备 部 山西太原0 3 0 0 0 3 摘要 对横切 飞 剪设备 结构 和控 制 系统 C L M 位 置 控 制 器和 力 士 乐伺 服 传 动 系统 的参 数设 定和 程 序 进行 分析 通 过优化 过程 控 制和 设 备 改进 实现 飞 剪 工作 稳 定 性 和 剪切 长度 精 度 提 高 最终 实现 降低 生产 成本 关键词 飞剪 剪切精 度 C L M 位 置控 制 器 力 士 乐伺 服 系统 中图分 类 号 T P 2 9 文 献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 5 0 5 0 0 2 6 0 3 D OI 1 0 1 6 5 2 5 j cn k i cn 1 4 1 1 3 4 t h 2 0 1 5 0 5 0 1 0 引 言 横切飞剪是 由 S UNDWI G公司设计 制造 调 试 横切线剪切成 品 规格 见表 1 飞剪作 为横 切 线的核心设 备 主要是 实现带钢 长度 的定 尺剪切 设备结构见 图 l 表 1 横 切 线成 品规格 其他钢种 I 不锈钢 厚度范围 mm 4 0 2 5 4 I 5 0 2 O 0 强度 MP a 9 0 0 苋度范围 mm 9 O O 2 i3 0 图 I 飞剪 结构 飞剪 工作 的稳定 性 剪切 速度 和剪 切长 度精 度 对产量 质量和成材 率有着直 接影 响 飞剪对 运动 中的进 给带 钢按 照设 定 的长 度进行 剪 切 被 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 1 2 作者 简 介 卫 永 锋 1 9 7 7 一 男 山 西 稷 山 人 本科 毕业 于 太原 重 型 机 械 学 院 工 业 自动 化 专 业 工程 师 现 主要 从 事 电气设备 管理工作 剪切带钢保持 连续进给 不需在 剪切时停 顿 从 而 提高工效 通 过分 析剪切过 程 中剪切 刀具如 何严 格与进给带 钢 同步 对 剪切 长度 精度 和稳 定 运 行 的影响因素 以及如何 设置合 理参数 和工作 环境 进行改进 优化 来 保 障设 备稳 定运 行 进 而减 小横 切板的正公差 范 围 实现 对横 切 飞剪 剪切 长度 精 度潜能挖 掘 提高成材率 1 飞剪设备分析 1 1 飞剪控制系统组成 1 位 置 控 制 系 统 由博 世 力 士 乐 的 2台 C LM 位置控制器 实现 飞剪与 带钢 同步运动 和剪 切工作任务 C L M 是 多任务 小 型控制 系统 来完 成 位置控 制 将 控 制 信号 传输 至交 流 伺服 控 制系 统 驱 动 伺 服 电机 使 用 工 程 调 试 软 件 Mo t io n Ma n a g e r 软件对 C L M 控制器实 现控制 目的 项 目 设计 程序编写 参数设置 操作 以及故 障诊 断 2 运 动 控制 系 统 系 统 中采 用 了模 块 化 的 I n d r a D r iv e M 本 系统 中采用 整流 电源模块 和逆 变 器 的两轴方案 整流 电源模块 为逆变器 提供直 流 母线 电压 紧凑 的双轴 逆变器控 制单元 与集成 电 源连接部件 的电源模 块实现 成组驱 动 通过具 有 回馈能力 的 电源 模 块 可 以获得 最 高 的能源 利 用 率 除 了逆 变器 能 以发 电机 工 作 方 式 的 电 源 回 馈 它还具 备 直流 母 线 的调节 能 力 使 用工 程 调 试软 件 I n d r a Wo r k s E n g in e e r in g软件对 交流伺 服 控制系统完成所有调试任务 2 2 0 1 5年第 5期 卫永锋 飞剪长度精度控制分析 与改进 3 控制系统 组成 整 个工艺 是 由人 机界 面 操作面板 HMI 7 4 0 0 远程 I O E T2 0 0完 成 的 这些系统之间通过 P r o f ib u s通讯 和点对点连接 来 完成 S 7 4 0 0与 2个 CL M 通过 P r o f ib u s 进行数据 交换 每个 C L M 各 控制 2套 运动 控制 系统 每 套 运动控制 系统 中的每 个伺 服 系统各 控 制一个 轴 C L M1主要功能是完成 飞剪与进 给带钢 同步横 移 实现 同步控制 C L M2主要 是完成 剪切控 制 随剪 刃升 降的摆 动辊 道控 制 在 剪切 过程 中压 头压 下 和 抬起控 制 2套 位置 控制 系统 CL M 对 运动 控 制 系统 中的伺服控 制器是通过点对点连接 实现信 号交换控制 的L 3 4 飞剪剪刃 飞剪剪刃是通过剪刃两侧的伺 服 电机控 制液 压缸 达到 控制 目的 使 刀具 线性 动 作 可通过伺服 电机 的 Ho me 位 的位置来 调节飞 剪 的角度 以满 足剪切 不 同钢 板厚 度 的要 求 并 通 过 2个液压蓄势 器来加快剪切 速度 剪 刃的位 置 控制是通过 CL M2位置控制器来完成 的 CL M2 将 位置指令发 送 到伺服 系统 驱 动伺服 电机 通过 电机旋转完成对液压缸 的控制使机械设备 动作 5 长度测量装置 钢板长度测量采用测量轮 模 式 长度测 量装 置是 一个 在 飞剪 刃架人 口处与 一 个 旋转脉 冲发 生器相连 的测 量轮 测量 轮通过 与带钢表面直 接接 触 可 以较 为精确 地 反应 带钢 的实际长度 和生产 线 的实 际速度 实现 位置 控制 的闭环 这样避免 了使 用 电机编 码器反馈 带钢实 际长度而产 生 的误差 当测 量轮 不 与带 钢接 触 那 么系统位置控制是 开环的 在 C LM1程序 中测 量轮的控制选择是通过 A参数 即测量方式 选择 来 实现的 而测量轮及编码器 的物理参数是通过 C 参数 即测量轮直径 编码器类 型 脉冲数 来设 置 完 成 的u j 6 辅助系统 为 了剪切 平稳 飞剪人 口设计 有夹送辊和一 组液 压压 头 用 于剪 切过 程 中压 紧 钢板 压头压 紧系统是液压控 制 的 压 头 的使 用 数量受板宽影 响 出 口设 计 了作 为剪切轴从 动轴 随飞剪剪切 一起上 下 动作 的摆 动辊 道 配合 剪 切 完 成 及 钢 板 运 输 摆 动 辊 道 加 速 度 速 度 和 剪 切 行程都是 由伺 服 电机 同步 驱动 这 保证 了长 度 公 差 不 咬板 剪切完毕后不挂板 而且切面平滑 2 7 1 2 飞剪剪切原理 在实 施 剪 切 的过 程 中 通 过 位 置 控 制 系 统 C L M2控制剪刃与物料进给进行 位置随动跟踪 使 得伺服电机的编码器脉 冲与速度 长度测量 轮的编 码器脉冲成固定的比例 k 剪刃在剪切带钢时要 随 着运动着的带钢一起运动 即剪刃在剪切过程 中同 时完成剪切与移动两个动作 剪切 的前提条件是 剪 刃的移动速度与带钢的运行速度达到一致 剪切的过程 剪切 装 置 以一个 恒 定 的加 速度 从 固定的初始位置开始 启动飞剪剪切和 回 Ho me 位是 自动进行 的 C L M 做位 置控制 在 C L M1中 主要任务是实现刀架 与钢板在 自动情况下 与进 给 带钢 同步位移控制 和在手动情 况下 的任 意位移 控 制 在 自动 情 况下 通过 P r o f ib u s通讯 将所 需 剪 切 长度预设值输 入 到 CL M1中 同 时将测 量轮 检测 到 的脉 冲信 号反馈 到 C L M1中 进 行长 度测 量计 算和实际速度检测 当检测 达到预设 钢板长 度时 启动 刀架横 移 刀架 从 Ho me位加 速 到钢板 的同 步 速 度 下 此 时 C LM1通 过 点 对 点 的 方 式 向 C L M2发 出信 号 C L M2将输 出压 头下 降信 号 当 压头到位后 启动 剪 刃剪切 指 令 剪 刃剪 切带 钢 当剪刃剪切 到 完成 后 刀架 在 当前 位置 继续 加 速 向前运 动 1 0 mm 后刀架 再返 回原始位 防止剪 刃 在 回到 Ho me位 的过程 中 刮擦钢板 的剪切面 1 2 剪切 精度分析改进 1 结合 设备 工作 原理 设 备 结构 等 方 面 的因 素 对影响飞剪剪切长度 精度的原 因进行分析 钢板设定长度与 实测长度偏 差大没有 及 时校 准测量轮 测量轮工作 一段 时间之后 产 生磨损 测量轮周 长存 在偏 差 使 钢板 剪切 长度 与设 定 长 度 产 生偏 差 夹送辊采用位 置控制不 满足控 制要求 由于 测量 轮在 压头 和 夹送 辊之 间 在剪 切不 锈钢 和 高 强钢这些 特殊 钢 种时 采 用位 置控 制造 成上 下 夹 送辊与带钢 之间有间 隙 不能压 紧带钢 使得在 剪 切过程中测 量轮弹跳造成检测错误 环境 温度 影 响 由于冬 季温 度低 油 的粘 稠 度变大 造成 飞 剪剪 切液 压缸 的驱 动 电机 负荷 加 大 剪 切 速 度 响 应 变 慢 在长时间运 行过 程 中 剪切 装 置横 移设 备 的 28 机械 管理 开发 j x g l k f b j b 1 2 6 co rn 齿轮齿条之 间由于机械磨损 形成一定 的间隙 测量轮脉编码器 的脉冲方波 和伺服 系统 响应 参数调整不合适 造成伺服 系统振荡产生误差 2 改进措施 钢板设定长度与实际长度偏差大 应及时校准测 量轮 测量轮磨损后 设定长度和实际测量长度会产 生很大偏差 怎样做到设定长度和实际测量 长度偏 差小 这是能否成功解决这个 问题的关键所在 剪切长度是通过测量 轮的直径 和测量 轮上 的 编码器转数反馈计算完成的 即 带钢剪切实际长度一7 r D 测 量 轮 直 径 转数 测 量 轮 当测量轮磨损后就会造 成设定 长度和 实际剪 切长度 出现偏差 而在实 际 中如果 只是简单 地采 用将测量轮直 径输入 到 C LM1参 数 中 那 么 由于 测量轮在 钢板表面微小 的跳动误差等都 不能被忽 略 累计误差最终导致测量不准确 在实际中采 用标 准 板进 行标 定 然 后 反算 测 量轮的直径 输 人 到 C L M1中 的测量 轮直 径参 数 中 这样可有效地补偿个个环节上的误差 根据找出的已知条件 现在 的值 设 定长 度和 实测长度总结 出计算新 的值 的计算公式 修正后的测量轮直径值 一 实际钢板长度 操作工实测 C 0 0 0 2 显示值 钢板设定长度 操作工提供 通过公式 计算 解 决 了测量 轮 产生 磨 损造 成 设 定长度和实际剪切 长度偏差大 的校准方 法 经 过使用效果明显 方便操作 将夹送辊设计 由位置控制 变为在剪 切过程 中 变为压力控制 在压 头和夹送辊 压力作用 下 确 保 在 生产特殊 钢种 时 两设 备 之 间的测量 轮 在钢 板 剪 切过程 中不 会 发生 弹跳 从 而造 成测 量 轮上 编 码 器 检测 误 差 对 于在 冬 季 情 况 下 油 温 对 剪 切 速 度 的影 响 在操作 侧 和 传 动侧 增 加 了暖 风机 确保 两侧 油 温在正 常工作 的范 围 内 避 免造 成对 剪切 速度 的 影 响 齿 轮齿条 之 间运 行一 段 时 间后有 磨 损 造 成 第 3 0卷 间 隙 变 大 在 CL M1 中 要 对 两 侧 的 轴 进 给 常 量 AX 0 1进行定期修正 以弥补 间隙偏 差形成的累积 误差 同时要定 期在伺 服 系统 中对刀 架 的 Ho me 位进行标定l 1 对编码器的脉冲平均数 C 0 0 1进行调试 在保证 剪切精度 的前提下 可提高脉冲平均数值 减小脉 冲 平均数会造成长度和速度变化率过快 伺服系统在跟 随过程中发 生超 调振 荡现象 避免刀架 冲到保护前 限 造成故障停车 经过测试 本系统最佳调整值为主 脉冲平均数 1 6 通过 Mo t io n Ma n a g e r 软件对 C L M1的 测量轮编码器脉冲平均数调整 1 对飞剪与进给带钢 同步运动 的 4个 轴响应进 行调整 避免震荡 3 总结 1 对设备 的反馈 C L M 位置控 制系统和伺服 系统随设备 工况 的变化 及 时调整 确 保设 备 的稳 定运行是提高设备剪切精度的前提 2 对测量轮 标定方 法 改进 保证 真实地 反 映 钢 板 长 度 和 速 度 3 飞剪刀架 的原始位标定 剪 刃原始 位标定 测量轮的标定 减小 了误差提高设备精度 4 通过对编码器脉 冲平均数和伺服系统 的动 态响应特性的调整 提高 了设 备运行稳 定性 飞剪 故障有了明显的降低 参 考 文 献 1 力士乐 博 世力 士乐 C L M1 4 L A P 0 5 VR S S 北 京 中国标准出版社 2 0 1 4 8 5 2 2 F r e e l a n ce r 力士乐 I n d r a Dr i v e和力 士乐 I n d r a Dy n S 北京 中国标准 出版社 2 O 1 4 1 6 3 力士 乐 博 世 力 士 乐 I n d r a d r i v e控 制 部 分 设 计 手 册 E s 北京 中国标 准出版社 2 0 1 3 6 4 0 4 力士乐 博世力士乐 I n d r a d r iv e p a r a me t e r S 北京 中 国标准出版社 2 0 1 4 2 9 1 编辑 赵 婧 下转 第 3 1页 2 0 1 5年第 5期 郭德军 浅析选煤 工艺流程智 能设 计 接取决于单元之间 的连接 3 2 关 联 矩 阵 在此种结构 中 矩 阵 的不 同的行 序 号代 表 的 是选煤 系统结 构 的实 际序 号 在 矩 阵 当 中 元 素 的实 际位 置 与相 应 的物流 结 构 单元 相 对应 在 关联 矩阵当中 假设第 i 行第 列 的值为 一1 表示 的是 物流 从 i 中流出 若 为 1 表示的是物流 流 入单元 i 若 为 0 则表示单元 i 与物流 之 间没有 一 定 的关 系 3 3 过 程矩 阵 该矩阵相似 于关 联矩 阵 选 煤 系统 结 构序 号 矩阵行序号 呈现 一一 对应 的关 系 而 物流 号则 是 通过行 当中 的矩 阵 元素 的值 来 表示 另外 基 于 软件的稳定 运行 的考 虑 规定 该 结构 中进 入 的物 流值必须 是 正 数 相 反 流 出 的 物 流值 应 该 为 负 值 不限制对应物流的相关次序 4 4 结语 运用 的 对 选 煤 工 艺 流 程 进 行 智 能 设 计 的 31 C P F I D相关 软件 在很 大程 度上 是在 选煤 的工 艺 流程 当中应用计算机技 术 的一个 全新 的尝试 该 软件有着转变 设备联 系图为工艺流程 图以及为设 备编号等一些 功能 在设计 选煤 的工艺流程 时运 用这个软件能够大量 的节约物力 人 力 以及 财力 除此之外 该软 件还 能 够解 决实 际设 计 过程 中 的 绘图 以及计算等方面存 在的难题 具有人性化 参考文献 1 周勇 浅 析选煤工艺流 程智能设 计E J 内蒙古煤 炭经 济 2 0 1 4 3 1 1 1 2 2 金娜 三百子选煤厂工艺流程设计探讨 J 煤炭 工程 2 0 1 2 2 4 2 4 3 3 张元辛 盘江马依选煤 厂工艺 流程设 计 J 煤 炭加工 与综合利用 2 0 1 1 3 1 2 1 3 4 郭宏斌 浅谈 里必选煤厂工艺流程设计 J 煤 炭工程 2 0 1 2 1 1 2 1 3 编辑 刘亚婧 I nt e l l ig e n t De s ig n f o r Te c hn o l o g y o f t h e Co a l Pr e p a r a t io n Gu o De j u n Co a l M in e Cl e a n in g Br a n ch o f Da t o n g Co a l M in e Gr o u p Da t o n g S h a n x i 0 3 7 0 0 3 A b s t t a ct A d v a n ce d s m a r t t e ch n o l o g y ca n b y co mp a r i n g t h e a ct u a l p r o ce s s e n g i n e e r in g i s i n t h e p r o ce s s o f d r a w i ng a n d ca l cu l a t i o n o n t h e s o l u t i o n o f t h e p r o b l e ms o f r a p i d t h e co mp u t e r h a s t h e f u n ct i o n o f i ma g e p r o ce s s i n g a n d d a t a p r o ce s s i n g o f t h e r e l a t e d t o f u l l y u s e a n d co mb in e d wit h r e l a t e d p r o g r a mmin g l a ng u e a nd d e s ig n o f co a l p r e p a r a t io n p r o ce s s f u l l y a p p l ica b l e CP F I D a n in t e l l ig e n t s o f t wa r e Fo r co a l p r e p a r a t i o n p r o ce s s o f t h e a ct u a l s t r u ct u r e o f t h e i n t e l l i g e n t s o f t wa r e a n d e q u i p me n t r e l a t e d t o t h e u n i t mo d u l e r e l a t e d d e s i g n h a s ca r r ie d o n t h e s imp l e a n a l y s is a n d p u t f o r wa r d t h e a p p r o p r ia t e ch o ice o f t h e r e l a t e d s t r u ct u r e mo d e 1 K o v wo r d s co a l p r e p a r a t i o n p r o ce s s f l o w i n t e l l i g e n t d e s i g n s t r u ct u r e u n i t mo d u l e ca l cu l a t i o n 上