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成人深夜福利APP在裁剪自動控製係統上的技術應用

時間：2022-12-12    作者：深夜福利导航變頻    點擊：次
1 引言

        板材廠生產的幅寬成卷鋼板一般需要經過校平和分剪, 才能成為最終產品提供給客戶使用，因此鋼板校平剪板機是鋼板廠和板材倉庫重要的生產設備。由於傳統的剪板機在使用方麵存在諸多問題，針對傳統鋼板校平剪板機存在的生產效率和剪切定位精度低的問題，研製了基於台達工控產品的460毫米幅寬成卷鋼板校平剪板機自動控製係統，該係統已投入生產使用，運行穩定可靠，控製精度高，維護使用方便，受到用戶好評。本文從工藝技術角度對研製過程中的某些關鍵技術和工程實現相關問題作些討論。

2 鋼板裁剪工藝簡介與傳統裁剪控製存在的問題
2．1 裁剪工藝流程簡介
　　 裁剪工藝流程如圖1所示，裁剪係統由送料、校平、切板、皮帶傳送和堆放成品等5 個子係統組成。原材料卷板(約3-5mm後的鋼板)經送料機和壓平機後，經過4m長的緩衝地坑後傳送至校平子係統作校平

圖1 裁剪工藝流程圖
　　 定位，按照給定切長要求定位後，切板機將鋼板裁切成成品，最後經皮帶送出堆放包裝。係統運行中，位於地坑中的光電開關用於根據鋼板下垂程度以啟動或停止送料機送料，以便保持送料速度與校平機運行速度相匹配，操作人員可通過觸摸屏人機界麵輸入每刀剪切的長度與裁切的刀數，設定完成後啟動係統自動投入運行。裁切工藝的具體技術指標要求是：校平剪板機要求在裁切長度2m時，其速度能達到每分鍾裁切8次，鋼板長度相對誤差在5mm之內。

2.2 工藝數據要求
　　 根據裁剪工藝需要及物理計算，滿足工藝技術指標的相關技術數據配置為：送料機功率，7.5kW；校頻機減速電機功率為3.7 kW，減速比為15：1；切板機電機功率，4 kW；皮帶傳送電機功率，3.7 kW； 校頻機滾軸直徑，108mm；編碼器分辨率，500ppr；送料機最高速度，25m/min；切板機速度，60次/min；原料鋼板厚度為3-5 mm，寬度小於460mm；緩衝地坑：4m長，3m深。

2.3 傳統裁剪控製係統存在的問題
　　 按上述工藝數據要求對這類控製係統進行設計並不困難，但由於傳統解決方案存在的缺陷，往往留下諸多遺憾。如對低端設備而言，傳統實現方法一般采用直流調速係統，實施方案的缺點是：係統笨重、耗電量大、調試複雜、維護成本高；在定位控製方式方麵，一般采用讀取行程開關信號後通過預減速配合氣壓製動的定位方式, 剪切效率很低, 誤差較大。而對高端設備，一般采用直流伺服技術，雖然精度和效率得以保證，但價格非常昂貴，產品性能價格比難以令人滿意。
　　 隨著計算機技術、自動控製技術和矢量變頻調速技術的高速發展, 如何采用先進的控製技術構造性能價格比優異的剪切控製係統，是人們關注的焦點，中達電通公司為此提供了基於台達工控產品的整體配套控製方案，比較好地解決了存在的問題。

3 基於台達工控產品的裁剪自動控製係統
3．1 控製原理簡介
　　 基於台達工控產品的裁剪控製係統整體解決方案控製框圖如圖2所示。係統采用編碼器、PLC、矢量變頻器構成自動控製係統以實現精確定位。長度定位采用台達編碼器500PPR與校平送料滾軸直連方式以

圖2 整體解決方案的控製框圖

　　 實現準確測量。校平機由3.7Kw減速比為15：1的減速電機驅動，用電磁抱閘強製克服鋼材運動的慣性以利於被加工對象的準確定位。采用觸摸屏人機界麵作為指令和數據上行下達的窗口，通過人機界麵與DVP16EH00R通訊，其數據和指令經過PLC控製現場設備。在定位係統中,由於台達EH內建完全開放的經典PID指令，以該指令為核心，可以在PID運算的過程中，方便快速地隨時動態修正計算結果，P/I/D等所有關鍵參數可隨時修正，通過控製算法的動態修正，彌補了異步電機響應滯後的不足。采用動態PID連續定位算法 ,使處於速度模式下的矢量變頻器可以非常準確地控製異步電機定位。在該算法下,變頻器的給定轉速處於變化狀態,由PLC內置的RS485接口與變頻器自帶的485接口以115200BPS的高速通訊完成速度給定和狀態檢測，以低成本方式取代原來需要交流伺服才能完成的功能,實現了準確的切長控製。係統中現場設備的各類DI信號反饋到DVP-EH可編程控製器，經運算後將結果輸出至執行器執行以實現安全可靠的穩定控製。

3.2 關鍵數據計算及控製方案說明

　　 滾軸直徑為108mm，周長為3.1415*108=339mm。編碼器采用2倍頻計數，則編碼器計數的精度為339/1000=0.339mm。切板機每切一次的時間為1s，滾軸帶動板材 以30m/min的速度可以滿足要求。如按加速到最大速度的時間為2s，減速到0的時間為2s計算，一分鍾內有60-8-4*8=20s的時間係統以最高速度運行。一分鍾運行的距離為20*30/60+30*4*8*0.5/60=18m，可以滿足每分鍾2*8=16m的要求。

　　 PLC的計數頻率：（30*1000/0.339）/60=1475HZ<3KHZ。用台達ES係列的PLC可以滿足要求。

　　 采用額定轉速為1450r/min、減速比為15：1的減速電機驅動，速度為1450/15=96r/min。滾軸軸徑108mm，線速度為3.1415*108*96/1000=32.7m/min，大於計算的最高速度30m/min, 因此可以滿足要求的。

　　 設定的參數和PLC自動修正的數據存放於PLC的掉電保持區（EEPROM AREA），可以保證數據不會丟失；人機界麵具備電池後備數據保持區（64K Byte），可以存放重要的過程曆史數據；人機界麵可對PLC的數據作二次處理，如報警記錄和顯示等；此外，還可根據客戶的需求靈活進行其它指定要求的設計。為便於遠程監測，可利用EH擴展接口，擴展出第三個串口，實現遠端和設備近端人機界麵的雙重控製。

3.3 安全可靠性考慮

　　 係統各個部分設置有電機操作按鈕、急停按鈕，手動、自動選擇等。所有變頻器集中安裝在控製櫃內，PLC和人機界麵放在現場設備上，這種配置可縮短PLC和人機界麵的通訊距離，減小變頻器對弱電係統尤其是編碼器的幹擾，在提高通訊可靠性和控製精度的同時也提高了操作的便利性。變頻器和變、配電設備與信號設備遠離，防止強電對小信號幹擾，提高精度。電器配電櫃設計考慮：1）配電係統對各回路均單獨控製，設計有循環風冷、備用電源、備用按鈕和指示，易於檢修改造；2）現場電源、聯鎖電源以及低壓供電係統均設計有空氣開關，可防止電源短路的互相影響；3）五線三相供電，配電櫃中性線和地線分開，有利於抗幹擾和操作人身安全。

3.4 現場應用與係統設計說明

　　 采用矢量變頻器及15：1減速電機和電磁抱閘有效地克服慣性對定位的影響以及送料機的衝力，提高了裁切精度。影響精度的因素眾多，如編碼器的幹擾、電機與連軸器間的間隙、連軸器的背隙、編碼器與

表1 主要控製元、器件表

序號		 名稱 型號 數量 品牌
1 變頻器位置閉環卡 PG05 1隻 台達
2 矢量變頻器 VFD055V43A 1台 台達
3 刹車電阻 BR500W100 1個 台達
4 PLC DVP16EH00R 1台 台達
5 編碼器 ES3-05CG6941 1個 台達
6 觸摸屏人機界麵 DOP-A57BSTD 2台 台達
7 PLC通訊擴展卡 DVP-F485S 1個 台達
　　連軸器的間隙、原料與滾輪間在運動和停止時存在打滑等等，為此，除了設計時采用高精度編碼器、矢量型變頻器、快速響應的電磁抱閘外，在安裝調試時必須盡量減小連軸器的背隙，增加板材與滾軸間的摩擦力。為了使送料機與校平機的速度相適應，可在送料機與校平機之間采用挖地坑的方法實現緩衝，如送料機以16m/s的速度送料，校平機以2m為一塊板切割，則要求留足2m的餘量。若挖3m長，2m深的地坑，剛好可以滿足2m的餘量滿足速度匹配。但實際鋼板是不可能拉到水平的，也不能接觸到地坑底部，因此在地坑底部適當位置加裝一對光電開關，檢測越限信號，隻要超限就啟動送料機，為了方便挖一個4m長，3m深的地坑就可以滿足工藝要求。

　　 係統所選用的主要控製元、器件如表1所示，係統設計中值得關注的有以下幾個問題。

　　 1）矢量變頻器選擇台達VFD-V係列，該產品具有極高的性能價格比，搭配高頻寬響應的位置閉環控製卡PG05，可以大大提高異步電機的響應特性；

　　 2）人機界麵選擇台達DOP-A係列5.7’藍屏觸摸屏，該產品外觀精美，開發使用及維護簡單，在同類產品中性能價格比極高，其強大的軟件功能完全滿足類似係統應用需求；

　　 3）編碼器選用高精度、高可靠性的台達ES編碼器產品，該產品核心的光柵碼盤采用台達專利的激光刻蝕技術並搭配專利的光電轉換技術，使之在使輸出脈衝邊沿成型幹淨的同時而又保持了高頻脈衝輸出不會變形和丟失的特點；
4）PLC為台達EH係列，該係列產品采用ASIC芯片，用硬件方式處理運算指令，大大提高了處理速度和可靠性，用小型PLC可實現中型PLC的功能。

4 結束語

　　 基於台達工控產品解決方案的460毫米幅寬成卷鋼板校平剪板機自動控製係統，投入生產實踐使用後應用效果表明：
1）該方案裁切精度高，完全滿足用戶要求，操作使用方便；
2）用異步電機、矢量變頻器和高速PLC作簡單搭配能實現快速定長控製，性能價格比高，符合實際工程需要，能滿足市場需求；
3）用改進的PID算法可實現對矢量變頻器和異步電機的頻寬響應控製。
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