基于伺服系統(tǒng)在橫切機電氣改造中的應(yīng)用

0 引言
　　當今世界科技發(fā)展迅猛，新知識、新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品層出不窮，傳統(tǒng)的電機拖動系統(tǒng)不斷的被更新和改造，下面介紹的是基于伺服系統(tǒng)在橫切機電氣改造中的應(yīng)用。一些橫切機是上世紀70年代的產(chǎn)品，主要用來分切一些帶有碼克線的紙產(chǎn)品的設(shè)備。原設(shè)備由一臺主直流伺服電機帶動一個機械齒輪傳動裝置，機械裝置的一部分去牽引紙卷，使之按照切紙需求把指定的紙長送往切刀。另一部分去帶動切刀輥進行分切，同時，原設(shè)備還有一小功率的直流伺服電機，其主要任務(wù)是對切刀位置進行微調(diào)，以便使切紙精度更加精準。但由于原設(shè)備運行時間太長，機械齒輪部分有著不同程度的嚴重磨損，以及原電子元件的老化，使原設(shè)備的控制精度達不到產(chǎn)品的要求。基于這一點，我們利用兩臺交流伺服電機取代原設(shè)備的主直流伺服電機及機械齒輪傳動裝置，用定位模塊和另一臺伺服電機替換原車的微調(diào)電機，以及通過PLC、人機界面實現(xiàn)機器齒輪的軟調(diào)整來滿足生產(chǎn)的需求。
1 系統(tǒng)控制要求
　　（1）傳感器采集部分。要求傳感器在機車運行時，把采集到紙張上的碼克信號傳送給PLC，PLC經(jīng)過中斷處理以及相應(yīng)計算后傳送給定位模塊，從而控制微調(diào)電機的運轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)數(shù)。
　　（2）伺服放大器。要求伺服放大器實時采集脈沖信號，同時再與其設(shè)定的參數(shù)配合，以完成控制電機的目的。
　　（3）終端人機對話操作控制。由于生產(chǎn)的紙張種類很多，不同的紙張碼克線之間的距離相差很大，因此，每生產(chǎn)一種紙張時需要輸入該紙張的兩碼克之間的真實長度，這樣可以減少微調(diào)電機的運行轉(zhuǎn)數(shù)提高生產(chǎn)精度。
　　（4）編碼器采集部分。采用l3位的絕對值型編碼器，用來實時的反映切刀位置，以便調(diào)整微調(diào)電機。
　　（5）切紙精度要求在0．5mm以內(nèi)。
2 系統(tǒng)硬件配置
　　根據(jù)系統(tǒng)控制要求，采用伺服系統(tǒng)構(gòu)成電氣控制的硬件配置。如圖1所示。

　　（1）PLC采用三菱FX2N系列FX2N一64RM，定位模塊采用三菱FX2N一10GM。
　　（2）伺服放大器采用三菱MR—J2S—A系列，伺服電機采用三菱HC—KFS系列7kw、5kW、1．5kW各一臺。
　　（3）碼克傳感器采用德國克CS1型顏色傳感器，具有檢測精確的特性。
　　（4）編碼器采用德國P+F公司生產(chǎn)的13位精度的絕對值型編碼器。
　　（5）人機界面是專為PLC的應(yīng)用而設(shè)計的工作站。它具備與各種品牌PLC連接監(jiān)控能力以及采用文字、圖形同步顯示PLC內(nèi)部接點狀態(tài)及資料的能力，是一種互動的工作站。配備有液晶觸摸屏、通信接口、智慧型操作面板、打印接口等等。它取代了傳統(tǒng)的鍵控制系統(tǒng)及終端顯示系統(tǒng)，既節(jié)省了PLC的I／O模塊、指示裝置，又能實時顯示所需信息。
3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計
　　（1）牽引伺服系統(tǒng)采用速度控制方式，其速度的給定方式是由2KQ、5W 的電位計給定，原理接線方式如圖2所示。
　　（2）切刀伺服系統(tǒng)采用位置控制方式，與牽引伺服系統(tǒng)采取級聯(lián)的控制方式，即切刀伺服系統(tǒng)跟隨牽引伺服系統(tǒng)。該控制方式可以準確的使兩套系統(tǒng)速度同步。其接線方式如圖3所示。

　　（3）微調(diào)伺服系統(tǒng)的控制方式是由PIE經(jīng)過計算，把需要的脈沖數(shù)傳給定位模塊，再由定位模塊發(fā)出脈沖指令給微調(diào)伺服放大器，從而來控制微調(diào)伺服電機的運轉(zhuǎn)。定位模塊發(fā)出的是脈沖串+符號的方式，如圖4所示，因此微調(diào)伺服放大器也需要相應(yīng)的設(shè)置來接受定位模塊的脈沖指令。

4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　控制系統(tǒng)的軟件包括PLC的控制程序、定位模塊的控制程序和觸摸屏操作終端的監(jiān)控系統(tǒng)，前者執(zhí)行實時控制任務(wù)，后者實現(xiàn)人機交互功能。
（1）PLC控制程序
　　它由數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)運算，數(shù)據(jù)處理，控制信號處理等程序構(gòu)成。如圖5所示。

　　①數(shù)據(jù)采樣：程序在采集碼克傳感器信號的同時采集編碼器的信號，以判斷切刀的當前位置的偏差。
　　②數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)處理：為了精確的控制切紙精度、配合終端顯示，對數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)進行處理，運用加、減、乘、除等多種運算方法。對切刀的位置偏差進行補端。同時也控制伺服系統(tǒng)的一些控制信號。
　　補償脈沖程序如圖6所示。

（2）定位模塊的控制程序（如圖7所示）

（3）監(jiān)控程序
　　監(jiān)控軟件設(shè)計是由一組畫面組成，本系統(tǒng)除了設(shè)計有動態(tài)模擬設(shè)備當前運行畫面、I／0狀態(tài)顯示畫面、故障顯示畫面、故障查詢畫面，還設(shè)計有控制與操作畫面，可以從觸摸屏直接輸入紙張的給定長度，同時也可以顯示微調(diào)電機所需的給定脈沖。靜態(tài)圖形的設(shè)計采用繪制軟件提供的通用控件，如：線條、文本框等進行繪制。動態(tài)圖形設(shè)計，通過傳感器采集的數(shù)據(jù)和PIE的處理來隨著變化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖形的動態(tài)連接，監(jiān)控畫面運行時，圖形屬性隨時數(shù)據(jù)改變而變化。
（4）伺服放大器參數(shù)設(shè)定
　　牽引伺服電機采用速度控制方式，切刀和微調(diào)伺服電機采用位置控制方式，各電機根據(jù)需要相應(yīng)地設(shè)置其電子齒輪比及加減速時間等。
5 運行結(jié)果
　　本系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢投運后，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，自動化程度高，控制精度滿足了生產(chǎn)的要求。同時也減少了電氣故障的發(fā)生率，取得了明顯的經(jīng)濟效益。