瓦楞纸电脑横切控制系统工艺简介

瓦楞纸电脑横切控制系统工艺简介

——广州博玮伺服科技有限公司产品技术部
　　1、硬件组成　　

针对瓦楞纸飞剪设备专用控制系统，我们采用大连立达NC-70(瓦楞纸专用)作为核心控制器，PRO-FACE为用户的显示设定窗口；交流伺服电动机的伺服驱动单元采用的是博玮/BWS伺服驱动器；飞剪伺服电机为低惯量、大转矩德国AMK技术的广州博玮/BWS，以保证飞剪的快速响应和精准启停.

2、软件设计
　　2.1 工艺情况
　　旋转式飞剪每旋转一圈完成一次剪切，测量辊计长脉冲码盘提供送料辊送过的带材长度情况，剪刃位置检测码盘自动定位，采用"双位置逼近----速度同步"控制方式控制飞剪剪刃加速段的速度，使得剪刃进入咬合的同时，通过的带材长度正好是需要的板材定尺，同时剪刃的水平速度分量正好和带材的速度相等，同步剪切完成后，按照"期望零点减速法"控制飞剪减速，并准确地停在上死点（高速剪切短定尺带材时，飞剪会在合适的切换点从减速切换到加速，继续下一次剪切），从而精确地完成一次定尺剪切。
　　2.2 工作原理
　　飞剪的剪切过程主要是将瓦楞纸沿机组方向的直线运动和剪刃的圆周运动，按工艺要求协调配合好，由于采用控制精度高的全数字交流装置控制机列的速度，所以在剪切过程中，主要是控制剪刃的运动。图4 是剪刃的运动轨迹示意图。X是上死点，Y点是咬合点，XY弧段是剪刃的加速段，在Y点读入测量辊的计长脉冲数，同时将剪刃脉冲和计长脉冲计数器清零及重新开始计数，为剪切下一张做准备；YZ弧段是同步段，这时剪刃在水平方向的速度分量和机组速度（也就是带材速度）保持一致，保证剪切断面的质量，并不划伤带材的表面；ZX弧段是减速段，对中长定尺的剪切，现应不同用户的要求，可灵活调整入刀角度和踢料速度，来满足不同板带的剪切效果。

　　剪刃会在上死点X点停车等待，对短定尺的剪切，需要从减速状态平稳地转入加速状态。图5是剪刃速度波形

　　2.3 数学模型
　　通过分析剪刃和带材在每一次剪切中的运动关系，根据匀变速运动方程，导出剪刃在XY加速段的速度模型为：

　　式中，Vr是剪刃速度，VL是机列速度，a是剪刃加速度，ΔP是位置偏差，其计算公式是：

　　其中，L是设定的剪切长度（转化成脉冲数），A是通过的带材实际计长脉冲数，BO是剪刃转一圈的脉冲数（由剪刃位置测量码盘脉冲当量确定的固定数），B是剪刃位置反馈的脉冲数。位置偏差值ΔP作为飞剪速度基准的一个参量，控制剪刃的运动，使剪刃到达Y点时，位置偏差减少到零，即：

　　由于Y点是计数的零点，而剪刃转一圈的位置反馈值是Bo，于是当剪刃运动到Y点时，有下式存在：

　　也就是实际的带材送料长度即剪切长度等于设定长度。当然在飞剪的加速过程中，（L-A）和（Bo-B）都是逐渐趋近于零的，所以位置偏差值ΔP也是逐渐趋近于零的，这就是所谓的双位置逼近。
　　再看Vr，当剪刃运动到Y点时，如上所述，

　　可见这时的剪刃速度等于机组速度，做到了两个速度的同步。所以将飞剪加速段的控制方法称为"双位置逼近-速度同步法"。
　　需要注意的是：剪刃运动轨迹是圆，带材运动轨迹是直线，所以在ΔP的计算中要将两个脉冲当量统一。如图4 所示，过Y点作一条切线，假设剪刃B1在切线上的对应点为B2，即B1Y弧段=B2Y线段 ，而B就是剪刃脉冲在带材运动方向的等效脉冲值。
　　从Y点开始，剪刃速度保持和机组速度相等，对带材进行剪切，当剪刃到达Z点时，飞剪进入减速段，其减速段的速度模型是：

　　式中，β是剪刃减加速度，Co是减速段ZX弧段的脉冲数，Bj是相对Z点为零点的剪刃位置反馈脉冲数，而当剪刃向期望的零速度点X点运动时，（Co-Bj）逐渐趋于零，则Vr 也逐渐趋于零，到达X点时，剪刃速度Vr正好等于零。这就是"期望零点减速法"。
　　飞剪的启动条件是：

　　也就是，当ΔP使得上式成立时，飞剪开始进入加速。
　　在短定尺剪切时，飞剪从减速向加速转换的条件是，按加速段数学模型计算的剪刃速度Vr等于减速段数学模型计算的剪刃速度Vr时，停止减速，转为加速。
　　飞剪部分由NC-70与PRO-FACE联合完成。主程序结构如图6所示：

　　中断程序主要是响应剪刃到达Y点时，NC-70高速计数模板按照予设的定位中断值，触发主CPU中断。中断程序读入测量辊计长脉冲计数器的实时值，将剪刃位置脉冲计数器和计长脉冲计数器复位，同时加速段标志复位、同步段标志置位。

　　3、系统特点和应用效果
　　3.1 系统特点
　　A、将传统的接近开关定位（主要是Y点），改为剪刃脉冲码盘自动定位（调试时或更换码盘时进行一次自动定位），消除了接近开关有死区、易受温度、震动等因素影响的缺点；
　　B、主程序执行的循环时间不到1mS，从根本上保证了控制精度；
　　C、在线更改机组速度、剪切长度或切换用户料单设定，均不影响正常剪切，而且NC-70控制器提供1000个料单的强大设定功能，随时可以插单和清单。为了保证加速段和同步段的稳定性，由高速扫描和快速响应的NC-70控制器来保证板带的剪切精度是最合适不过的；
　　D、采用特殊的优化开方程序，大大减少了开方程序的执行时间，可与世界先进的美国（UNICD）、日本（NUSCO）产品相媲美；

3.2 应用效果

E、对于NC-70专用瓦楞纸控制器的性能：可精准的达到用户的工艺要求，电气设计精度为±1Pulse（±0.1mm）,完全可以满足瓦楞纸行业追求的±0.5mm的误差；

F、现有的NC-80/70系列产品已近20套产品应用在汽车散热器管线、瓦楞纸、管材以及板带行业，均得到用户的肯定。

3.3主要业绩

G、北京弘大汽车散热器有限公司改造项目，现使用NC-80控制器运行良好；

H、广东大化汽车散热器集团，给日本配套项目1条，我们独立完成第二项目组的全线电气系统，使用的NC-80控制系统现运行良好；

I、大连富地重工集团已有多套应用在管材剪切飞锯系统，现有部分项目正在洽谈和调试中；

J、并在铜陵金威铜业有限公司调试板带横剪和纵剪设备3条，现运行情况良好；

K、与邯郸冀龙公司合作在山东淄博现场的应用、与河南远航公司合作在舟山现场的应用、与邯郸大正机械厂的合作在石家庄和衡水现场的应用、在通辽昊天纸业现场的应用，现均运行良好。

广州博玮伺服科技有限公司技术部　刘小姐