运动控制系统在高速冲床送料中的应用_李田科.pdf

技术纖 年 月 第 期 运动控制系统在高速冲床 送料中的应用 南京造币有限公司李田科 摘要 文章讨论运动伺服控制系统在髙速冲床送料中的实际应用 传统的送料控 制系统采用步进电机 导致高速响应性能不佳在高速送料 也就是钢带 时候 故障率较高 针对这 一问题 本文用运动伺服控制器 通过走电子凸轮曲线 来控 制高速冲床的送料部分 通过实际表明 利用运动伺服控制器能较大的提高系统的 响应和稳定性 关键词 运动伺服控制步进电机电子凸轮 引言 近几 年来随着控制技术的飞速 发展 对设备工作效 率 柔性控制等方面要求越来越高 本文所介绍的高 速冲床 其主要结构包含开卷机 校平机 活套 送料 驻 部分 冲裁部分 收卷机 提升机 气动部分和三个液 制 动 动 压润滑站等九个部分 高速冲床结构原理简图如图 所 器器器 示 钢带由开卷部开卷后进入校平机进行校平 校平后 通过送料部分的递送机构将钢带送到 冲裁部 冲裁 部将 主轴编码器主电机 料何服电机 钢 带进行冲裁 冲裁完成后 钢带被分成两部分 一部 分成品饼 硬帀的坯饼 进提升机 进入下道工序加工生 一 一 产 另 部分废料通过收卷机回收 本文重点介绍高 速冲床送料控制部分 由于冲誠 力速过程控制送料 保证高速冲床的工作节拍 此 度 高 为了满足生产要求 工作速度要求至少 冲 要满足产 品 并的规格要柔 性可调 能满足多种 分钟 如 果冲压速度为冲分钟 每冲压 次 产品的要求 本文冲床能 满足成品饼的规格直径从 间为 而送料的时间只有 为 品 并的直径后 每 了能和冲聽分协激合 所咖賴送料运动过程是 入力 一 个静止 加速 减速 再静止的循环过程 通过准确 电气控制系统总体结构 鲜机 幵卷机 图 为电气控制原理图 根据高速冲床冲裁的工艺 要求 其 过程为 开卷机 校平机把钢带送到送料机 雜 构 送料机构把钢 带送到冲裁部 主电机带 动飞轮机 对钢带进行冲裁 其主要特点是 速度快 各机构之 间 的传动要配合默契 特别强调主传动与送料机构要配合 气压站非常准确 如果冲裁 速度为冲 分钟 那么送料的 时间只有左右 西门子运动控制器 图 高速冲床结构原理简图 发出控制信号 控制主机驱动器 主机驱动器驱动主电 2014 年 目 第 期 技术纵横 机 转动 主电机 带 动冲裁部往复运动 主轴编伺服电机额定转速 额定力矩 编码 器 类型等 运动控 码 器通过联轴器与冲裁部相连 主 轴 编码 器 制器要 和驱动器要顺利通 信 两者必须共同遵守 旋转 此外 运动控制器 根据主轴编码 器的 通信格 式 本文控制器与送料伺服采用报文格式 位置 控制送料驱动 器进行电子凸轮跟踪 从而使主轴 此 外又采用输入字输出字的扩展报文 用来读 与送料机构同步 高速冲床准确地冲裁 取伺服电机的温度 电流 位置等 西门子运动控制器是整 个控制系统的核 在控制器 侧 对轴进行配 置 也就是 和驱动 心 它不仅具有普通的控制功 能 而且还负责控制 侧建立关联 本文建立送料轴 和驱动侧功 和协调整个驱动系统中的所有模块完成各轴的电流环 率模块 关联 输入送料轴电机减速比 速度环甚至位置环的控制 并且控制的各轴之间能相互 送料轴每转 圈 送料轴的行程等 送料轴配置 交换数据 即任意 一 根轴能够读 取控制器上其它轴的数 如图示 图中表示送料轴 表示减速比 表示 据 这 一特征广泛被用 作多轴之 间的简单的速度同步 轴每转 圈 的行程 控制系统软件的部 分 三 二 本文运动控制器为 为核 心 其工程工具软件采用 该软件用 于项目的建立及管理 集成了工 程开发过程中所需的所有步骤 从组态与参 数 设置 到编程 测试及诊断 它具有图形化 的用户指南 以及文 字及图形化的编程提示 易于系统地熟悉和操作 本文 采用 语言编 一 程 这两 种编程语言都满足工控编程语言国际标准 丨图送料轴 的配置 软件的设计 控制 系统的硬件组态 送料轴电机的控制程序如图所示 由于送料轴电 图 为控制系统的硬 件组态 用公司的 机控制模式为位置控制 针对电机反 馈 采用 的是 增量编 软件 对系统进行硬件组态 先插入 一个 运动控制 码 器 根据控制工艺要求 放纸凸轮 在每次上电时首 器 进入硬件配置 完成 运动控制 先要回零 如果回零 结束后 内部标志位 器的硬件组态 在中找到 送料轴电机进入位置控 把它连接到以 为主站的 网上 并选定使 制方式 送料轴的位置控制 方式主要有正向点动 反向 用 的通讯报文眺式 设定站点隨地址 本文碰 点动 手动定位 自动跟踪走电子凸轮同步 率设定为 节点 为送糊服 驱風节点 正向点職是送卿在 满足条件下 雜送料正点 驱动 按钮 送料电机就正转 松开按钮 电机就停止 反向 一一 点动 参考正向点动的控制 方式 手动定位 通过人机 界面输入送料要走的长度 按确认按钮后 送料轴就定 位到给定的长度 这三种模式控制程序相对较简 单 在 二 丨一 这里就不详细说明 重点介绍送料轴自动跟踪 主轴编码 器走电子凸轮曲 线的程序 图 为电子凸轮曲线 其中轴 为主轴 编码 器的角度 轴 每次送料的长度 设置为单 位 为了根据不同成品饼的直径进行比例拉伸 凸轮 图 控 制系统硬件组态图 比例子程序 主要调用 函数如图 所示 需要设定电子同步凸轮曲线 表示要缩 放哪根轴 本文 运动控制器和驱动器之间通讯报文的设计 是轴 也就 是送料轴 轴的缩放系数 连接到人机界 在驱动器侧配置整流电源模块 控制单元 面输入变量 电机功率模块的接口 伺服电机编码器 类型 凸轮同步函数 如图所示 需 丨丨 丨 丨 丨丨 丨 丨 丨 丨 丨 丨 丨丨丨 丨 要设 置跟踪对象为送料轴电子凸轮 送料轴凸轮的运动 系统调试中的难点解决 方向 运动模式主 轴为绝对同步 送料轴走相对同步 用西门子公司的软件进行调试及监控 软 同步的长度等 件是基于 平台旳编程 调试 诊断西门子最新驱 动器 的软件 驱动器的所有参数都具有表格化 图形 化提示 可以更新处理 及打印参数设置 也可以处理过程 数据 及进乡断操作 也可以实现离线或在线操作 根据上述电子凸轮曲线 选用西门子伺服电机 额定转矩为 额定转速 最高 转速采用减速比 为 以满足力矩要求 利用软件对 运动伺服控制器 进行 态 去 自 电机 是确定转子和定子阻抗的实际值 自动进行优化计算 再用 先动态整定的方法 激活转矩控制 这是由加速转矩的计算 十 根据转速给定变化调整转矩控制 并考虑转动惯量变化 动 态整定主要功能的参数 设定速度控制电路的动态响应的功 能参数作用 并进行系统的优化控制 在调试时 随主机速度的提高 经常引起模座报警 图程序流程图 经分析认为 主机速度的提高 需要送料伺服响应速度提高 快速准确定位 所以需要调整速度环的增益参数 速度环的 丨 作用是产生电机的速度指令并使电机准确定位和跟踪 通过 设定的目标位置与电机的实际位置相比较 利用其偏差通过 位置调节器来产生电机的速度指令 当电机初始起动后 大 偏差区域 应产生 最大速度指令 使电机加速并以最大速 度恒速运行 在小偏差区域 产生逐次递减的速度指令 使 电机减速运行直至最终定位 结束语 此系统经实践证明对送料位置的控制非常准确和可靠 图电子凸轮曲线 而且能柔性改变每次进给的长度 充分说明了运动伺服系统 适合在高速控制系统 但是要注意下列几个方面 先要了解系统转矩情况 也就是系统正常工作对伺服 帽放的果 对负载变七大禾 响 应 要求冋的的 系 考考 图函数 米用通过增力 咸速相的方法 提局系统力矩 在提 力矩的时 候也要考虑系统响应时间等问题 特别对高速运动的控制 娜 对有速度变化的负载进行位置控制的系统 需要动态 浩巧纖调整速度环的增益