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 瓦楞紙電腦橫切控制系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介
——廣州博瑋伺服科技有限公司產(chǎn)品技術(shù)部
1、硬件組成
針對(duì)瓦楞紙飛剪設(shè)備專(zhuān)用控制系統(tǒng)，我們采用大連立達(dá)NC-70(瓦楞紙專(zhuān)用)作為核心控制器，PRO-FACE為用戶(hù)的顯示設(shè)定窗口；交流伺服電動(dòng)機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)單元采用的是博瑋/BWS-BB伺服驅(qū)動(dòng)器；飛剪伺服電機(jī)為低慣量、大轉(zhuǎn)矩德國(guó)AMK技術(shù)的廣州博瑋/BWS，以保證飛剪的快速響應(yīng)和精準(zhǔn)啟停.
2、軟件設(shè)計(jì)
2.1 工藝情況
旋轉(zhuǎn)式飛剪每旋轉(zhuǎn)一圈完成一次剪切，測(cè)量輥計(jì)長(zhǎng)脈沖碼盤(pán)提供送料輥送過(guò)的帶材長(zhǎng)度情況，剪刃位置檢測(cè)碼盤(pán)自動(dòng)定位，采用"雙位置逼近----速度同步"控制方式控制飛剪剪刃加速段的速度，使得剪刃進(jìn)入咬合的同時(shí)，通過(guò)的帶材長(zhǎng)度正好是需要的板材定尺，同時(shí)剪刃的水平速度分量正好和帶材的速度相等，同步剪切完成后，按照"期望零點(diǎn)減速法"控制飛剪減速，并準(zhǔn)確地停在上死點(diǎn)（高速剪切短定尺帶材時(shí)，飛剪會(huì)在合適的切換點(diǎn)從減速切換到加速，繼續(xù)下一次剪切），從而精確地完成一次定尺剪切。
2.2 工作原理
飛剪的剪切過(guò)程主要是將瓦楞紙沿機(jī)組方向的直線運(yùn)動(dòng)和剪刃的圓周運(yùn)動(dòng)，按工藝要求協(xié)調(diào)配合好，由于采用控制精度高的全數(shù)字交流裝置控制機(jī)列的速度，所以在剪切過(guò)程中，主要是控制剪刃的運(yùn)動(dòng)。圖4 是剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。X是上死點(diǎn)，Y點(diǎn)是咬合點(diǎn)，XY弧段是剪刃的加速段，在Y點(diǎn)讀入測(cè)量輥的計(jì)長(zhǎng)脈沖數(shù)，同時(shí)將剪刃脈沖和計(jì)長(zhǎng)脈沖計(jì)數(shù)器清零及重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，為剪切下一張做準(zhǔn)備；YZ弧段是同步段，這時(shí)剪刃在水平方向的速度分量和機(jī)組速度（也就是帶材速度）保持一致，保證剪切斷面的質(zhì)量，并不劃傷帶材的表面；ZX弧段是減速段，對(duì)中長(zhǎng)定尺的剪切，現(xiàn)應(yīng)不同用戶(hù)的要求，可靈活調(diào)整入刀角度和踢料速度，來(lái)滿(mǎn)足不同板帶的剪切效果。
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剪刃會(huì)在上死點(diǎn)X點(diǎn)停車(chē)等待，對(duì)短定尺的剪切，需要從減速狀態(tài)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)入加速狀態(tài)。圖5是剪刃速度波形
2.3 數(shù)學(xué)模型
通過(guò)分析剪刃和帶材在每一次剪切中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)方程，導(dǎo)出剪刃在XY加速段的速度模型為：
式中，Vr是剪刃速度，VL是機(jī)列速度，a是剪刃加速度，ΔP是位置偏差，其計(jì)算公式是：
其中，L是設(shè)定的剪切長(zhǎng)度（轉(zhuǎn)化成脈沖數(shù)），A是通過(guò)的帶材實(shí)際計(jì)長(zhǎng)脈沖數(shù)，BO是剪刃轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)（由剪刃位置測(cè)量碼盤(pán)脈沖當(dāng)量確定的固定數(shù)），B是剪刃位置反饋的脈沖數(shù)。位置偏差值ΔP作為飛剪速度基準(zhǔn)的一個(gè)參量，控制剪刃的運(yùn)動(dòng)，使剪刃到達(dá)Y點(diǎn)時(shí)，位置偏差減少到零，即：
由于Y點(diǎn)是計(jì)數(shù)的零點(diǎn)，而剪刃轉(zhuǎn)一圈的位置反饋值是Bo，于是當(dāng)剪刃運(yùn)動(dòng)到Y(jié)點(diǎn)時(shí)，有下式存在：
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ΔP=（L-A）-（Bo-Bo）=0 |
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所以：L=A |
也就是實(shí)際的帶材送料長(zhǎng)度即剪切長(zhǎng)度等于設(shè)定長(zhǎng)度。當(dāng)然在飛剪的加速過(guò)程中，（L-A）和（Bo-B）都是逐漸趨近于零的，所以位置偏差值ΔP也是逐漸趨近于零的，這就是所謂的雙位置逼近。
再看Vr，當(dāng)剪刃運(yùn)動(dòng)到Y(jié)點(diǎn)時(shí)，如上所述，
可見(jiàn)這時(shí)的剪刃速度等于機(jī)組速度，做到了兩個(gè)速度的同步。所以將飛剪加速段的控制方法稱(chēng)為"雙位置逼近-速度同步法"。
需要注意的是：剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡是圓，帶材運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，所以在ΔP的計(jì)算中要將兩個(gè)脈沖當(dāng)量統(tǒng)一。如圖4 所示，過(guò)Y點(diǎn)作一條切線，假設(shè)剪刃B1在切線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)為B2，即B1Y弧段=B2Y線段 ，而B(niǎo)就是剪刃脈沖在帶材運(yùn)動(dòng)方向的等效脈沖值。
從Y點(diǎn)開(kāi)始，剪刃速度保持和機(jī)組速度相等，對(duì)帶材進(jìn)行剪切，當(dāng)剪刃到達(dá)Z點(diǎn)時(shí)，飛剪進(jìn)入減速段，其減速段的速度模型是：
式中，β是剪刃減加速度，Co是減速段ZX弧段的脈沖數(shù)，Bj是相對(duì)Z點(diǎn)為零點(diǎn)的剪刃位置反饋脈沖數(shù)，而當(dāng)剪刃向期望的零速度點(diǎn)X點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，（Co-Bj）逐漸趨于零，則Vr 也逐漸趨于零，到達(dá)X點(diǎn)時(shí)，剪刃速度Vr正好等于零。這就是"期望零點(diǎn)減速法"。
飛剪的啟動(dòng)條件是：
也就是，當(dāng)ΔP使得上式成立時(shí)，飛剪開(kāi)始進(jìn)入加速。
在短定尺剪切時(shí)，飛剪從減速向加速轉(zhuǎn)換的條件是，按加速段數(shù)學(xué)模型計(jì)算的剪刃速度Vr等于減速段數(shù)學(xué)模型計(jì)算的剪刃速度Vr時(shí)，停止減速，轉(zhuǎn)為加速。
飛剪部分由NC-70與PRO-FACE聯(lián)合完成。主程序結(jié)構(gòu)如圖6所示：
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中斷程序主要是響應(yīng)剪刃到達(dá)Y點(diǎn)時(shí)，NC-70高速計(jì)數(shù)模板按照予設(shè)的定位中斷值，觸發(fā)主CPU中斷。中斷程序讀入測(cè)量輥計(jì)長(zhǎng)脈沖計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)值，將剪刃位置脈沖計(jì)數(shù)器和計(jì)長(zhǎng)脈沖計(jì)數(shù)器復(fù)位，同時(shí)加速段標(biāo)志復(fù)位、同步段標(biāo)志置位。
3、系統(tǒng)特點(diǎn)和應(yīng)用效果
3.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
A、將傳統(tǒng)的接近開(kāi)關(guān)定位（主要是Y點(diǎn)），改為剪刃脈沖碼盤(pán)自動(dòng)定位（調(diào)試時(shí)或更換碼盤(pán)時(shí)進(jìn)行一次自動(dòng)定位），消除了接近開(kāi)關(guān)有死區(qū)、易受溫度、震動(dòng)等因素影響的缺點(diǎn)；
B、主程序執(zhí)行的循環(huán)時(shí)間不到1mS，從根本上保證了控制精度；
C、在線更改機(jī)組速度、剪切長(zhǎng)度或切換用戶(hù)料單設(shè)定，均不影響正常剪切，而且NC-70控制器提供1000個(gè)料單的強(qiáng)大設(shè)定功能，隨時(shí)可以插單和清單。為了保證加速段和同步段的穩(wěn)定性，由高速掃描和快速響應(yīng)的NC-70控制器來(lái)保證板帶的剪切精度是最合適不過(guò)的；
D、采用特殊的優(yōu)化開(kāi)方程序，大大減少了開(kāi)方程序的執(zhí)行時(shí)間，可與世界先進(jìn)的美國(guó)（UNICD）、日本（NUSCO）產(chǎn)品相媲美；
3.2 應(yīng)用效果
E、對(duì)于NC-70專(zhuān)用瓦楞紙控制器的性能：可精準(zhǔn)的達(dá)到用戶(hù)的工藝要求，電氣設(shè)計(jì)精度為±1Pulse（±0.1mm）,完全可以滿(mǎn)足瓦楞紙行業(yè)追求的±0.5mm的誤差；
F、現(xiàn)有的NC-80/70系列產(chǎn)品已近20套產(chǎn)品應(yīng)用在汽車(chē)散熱器管線、瓦楞紙、管材以及板帶行業(yè)，均得到用戶(hù)的肯定。
3.3主要業(yè)績(jī)
G、北京弘大汽車(chē)散熱器有限公司改造項(xiàng)目，現(xiàn)使用NC-80控制器運(yùn)行良好；
H、廣東大化汽車(chē)散熱器集團(tuán)，給日本配套項(xiàng)目1條，我們獨(dú)立完成第二項(xiàng)目組的全線電氣系統(tǒng)，使用的NC-80控制系統(tǒng)現(xiàn)運(yùn)行良好；
I、大連富地重工集團(tuán)已有多套應(yīng)用在管材剪切飛鋸系統(tǒng)，現(xiàn)有部分項(xiàng)目正在洽談和調(diào)試中；
J、并在銅陵金威銅業(yè)有限公司調(diào)試板帶橫剪和縱剪設(shè)備3條，現(xiàn)運(yùn)行情況良好；
K、與邯鄲冀龍公司合作在山東淄博現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用、與河南遠(yuǎn)航公司合作在舟山現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用、與邯鄲大正機(jī)械廠的合作在石家莊和衡水現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用、在通遼昊天紙業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，現(xiàn)均運(yùn)行良好。
廣州博瑋伺服科技有限公司技術(shù)部 劉小姐
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