瓦楞紙電腦橫切控制系統工藝簡介

瓦楞紙電腦橫切控制系統工藝簡介

——廣州博瑋伺服科技有限公司產品技術部
　　1、硬件組成　　

針對瓦楞紙飛剪設備專用控制系統，我們采用大連立達NC-70(瓦楞紙專用)作為核心控制器，PRO-FACE為用戶的顯示設定窗口；交流伺服電動機的伺服驅動單元采用的是博瑋/BWS伺服驅動器；飛剪伺服電機為低慣量、大轉矩德國AMK技術的廣州博瑋/BWS，以保證飛剪的快速響應和精準啟停.

2、軟件設計
　　2.1 工藝情況
　　旋轉式飛剪每旋轉一圈完成一次剪切，測量輥計長脈沖碼盤提供送料輥送過的帶材長度情況，剪刃位置檢測碼盤自動定位，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，使得剪刃進入咬合的同時，通過的帶材長度正好是需要的板材定尺，同時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"期望零點減速法"控制飛剪減速，并準確地停在上死點（高速剪切短定尺帶材時，飛剪會在合適的切換點從減速切換到加速，繼續下一次剪切），從而精確地完成一次定尺剪切。
　　2.2 工作原理
　　飛剪的剪切過程主要是將瓦楞紙沿機組方向的直線運動和剪刃的圓周運動，按工藝要求協調配合好，由于采用控制精度高的全數字交流裝置控制機列的速度，所以在剪切過程中，主要是控制剪刃的運動。圖4 是剪刃的運動軌跡示意圖。X是上死點，Y點是咬合點，XY弧段是剪刃的加速段，在Y點讀入測量輥的計長脈沖數，同時將剪刃脈沖和計長脈沖計數器清零及重新開始計數，為剪切下一張做準備；YZ弧段是同步段，這時剪刃在水平方向的速度分量和機組速度（也就是帶材速度）保持一致，保證剪切斷面的質量，并不劃傷帶材的表面；ZX弧段是減速段，對中長定尺的剪切，現應不同用戶的要求，可靈活調整入刀角度和踢料速度，來滿足不同板帶的剪切效果。

　　剪刃會在上死點X點停車等待，對短定尺的剪切，需要從減速狀態平穩地轉入加速狀態。圖5是剪刃速度波形

　　2.3 數學模型
　　通過分析剪刃和帶材在每一次剪切中的運動關系，根據勻變速運動方程，導出剪刃在XY加速段的速度模型為：

　　式中，Vr是剪刃速度，VL是機列速度，a是剪刃加速度，ΔP是位置偏差，其計算公式是：

　　其中，L是設定的剪切長度（轉化成脈沖數），A是通過的帶材實際計長脈沖數，BO是剪刃轉一圈的脈沖數（由剪刃位置測量碼盤脈沖當量確定的固定數），B是剪刃位置反饋的脈沖數。位置偏差值ΔP作為飛剪速度基準的一個參量，控制剪刃的運動，使剪刃到達Y點時，位置偏差減少到零，即：

　　由于Y點是計數的零點，而剪刃轉一圈的位置反饋值是Bo，于是當剪刃運動到Y點時，有下式存在：

　　也就是實際的帶材送料長度即剪切長度等于設定長度。當然在飛剪的加速過程中，（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，當剪刃運動到Y點時，如上所述，

　　可見這時的剪刃速度等于機組速度，做到了兩個速度的同步。所以將飛剪加速段的控制方法稱為"雙位置逼近-速度同步法"。
　　需要注意的是：剪刃運動軌跡是圓，帶材運動軌跡是直線，所以在ΔP的計算中要將兩個脈沖當量統一。如圖4 所示，過Y點作一條切線，假設剪刃B1在切線上的對應點為B2，即B1Y弧段=B2Y線段 ，而B就是剪刃脈沖在帶材運動方向的等效脈沖值。
　　從Y點開始，剪刃速度保持和機組速度相等，對帶材進行剪切，當剪刃到達Z點時，飛剪進入減速段，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，Bj是相對Z點為零點的剪刃位置反饋脈沖數，而當剪刃向期望的零速度點X點運動時，（Co-Bj）逐漸趨于零，則Vr 也逐漸趨于零，到達X點時，剪刃速度Vr正好等于零。這就是"期望零點減速法"。
　　飛剪的啟動條件是：

　　也就是，當ΔP使得上式成立時，飛剪開始進入加速。
　　在短定尺剪切時，飛剪從減速向加速轉換的條件是，按加速段數學模型計算的剪刃速度Vr等于減速段數學模型計算的剪刃速度Vr時，停止減速，轉為加速。
　　飛剪部分由NC-70與PRO-FACE聯合完成。主程序結構如圖6所示：

　　中斷程序主要是響應剪刃到達Y點時，NC-70高速計數模板按照予設的定位中斷值，觸發主CPU中斷。中斷程序讀入測量輥計長脈沖計數器的實時值，將剪刃位置脈沖計數器和計長脈沖計數器復位，同時加速段標志復位、同步段標志置位。

　　3、系統特點和應用效果
　　3.1 系統特點
　　A、將傳統的接近開關定位（主要是Y點），改為剪刃脈沖碼盤自動定位（調試時或更換碼盤時進行一次自動定位），消除了接近開關有死區、易受溫度、震動等因素影響的缺點；
　　B、主程序執行的循環時間不到1mS，從根本上保證了控制精度；
　　C、在線更改機組速度、剪切長度或切換用戶料單設定，均不影響正常剪切，而且NC-70控制器提供1000個料單的強大設定功能，隨時可以插單和清單。為了保證加速段和同步段的穩定性，由高速掃描和快速響應的NC-70控制器來保證板帶的剪切精度是最合適不過的；
　　D、采用特殊的優化開方程序，大大減少了開方程序的執行時間，可與世界先進的美國（UNICD）、日本（NUSCO）產品相媲美；

3.2 應用效果

E、對于NC-70專用瓦楞紙控制器的性能：可精準的達到用戶的工藝要求，電氣設計精度為±1Pulse（±0.1mm）,完全可以滿足瓦楞紙行業追求的±0.5mm的誤差；

F、現有的NC-80/70系列產品已近20套產品應用在汽車散熱器管線、瓦楞紙、管材以及板帶行業，均得到用戶的肯定。

3.3主要業績

G、北京弘大汽車散熱器有限公司改造項目，現使用NC-80控制器運行良好；

H、廣東大化汽車散熱器集團，給日本配套項目1條，我們獨立完成第二項目組的全線電氣系統，使用的NC-80控制系統現運行良好；

I、大連富地重工集團已有多套應用在管材剪切飛鋸系統，現有部分項目正在洽談和調試中；

J、并在銅陵金威銅業有限公司調試板帶橫剪和縱剪設備3條，現運行情況良好；

K、與邯鄲冀龍公司合作在山東淄博現場的應用、與河南遠航公司合作在舟山現場的應用、與邯鄲大正機械廠的合作在石家莊和衡水現場的應用、在通遼昊天紙業現場的應用，現均運行良好。

廣州博瑋伺服科技有限公司技術部　劉小姐