摘要：針對本公司貨架冷彎成型線(xiàn)的交流伺服控制系統的技術(shù)特點(diǎn)和產(chǎn)品工藝要求，結合三菱系列伺服驅動(dòng)器及伺服驅動(dòng)電機的實(shí)際應用，分析了系統應用其解決定長(cháng)控制的設計思想和控制原理。實(shí)際應用控制精度最高在±0.1mm左右且可避免累積誤差，能達到較高精度位置控制的目的和要求。

　　關(guān) 鍵 詞：交流伺服系統 定長(cháng)控制 位置控制

　　1 、引言

　　1.1在貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線(xiàn)中導入在線(xiàn)預沖孔工序和在線(xiàn)液壓停剪技術(shù)，既擴大了貨架立柱的截面形狀的設計范圍和制造精度，又滿(mǎn)足了貨架鋼結構體系設計與裝配上的要求，極大地優(yōu)化了貨架鋼結構組成機理，特別是當立體倉庫（AS/RS）系統在我國的興起和廣泛發(fā)展，對貨架立柱的孔位精度、長(cháng)度控制等方面提出了更高要求。

　　1.2本文就進(jìn)口的貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線(xiàn)利用交流伺服控制原理實(shí)現的在線(xiàn)預沖孔和在線(xiàn)液壓停剪控制裝置進(jìn)行分析探討，力求實(shí)現在很多冷彎場(chǎng)合達到較高位置精度控制的目的和要求，與同行共勉。

　　2、貨架冷彎成型線(xiàn)的工作原理

　　2.1貨架冷彎成型線(xiàn)基本生產(chǎn)工藝及設備構成：

　　2.1.1貨架組件的一般生產(chǎn)工藝為： 開(kāi)卷——校平——在線(xiàn)伺服送料沖孔——成型軋制——矯直——定尺切斷（或伺服跟蹤切斷）——打包——后期噴涂處理等；2.1.2相對應的設備為：開(kāi)卷機——校平機——伺服送料裝置——壓力機——冷彎軋制機組（二十站左右）——矯直頭——液壓切斷裝置和液壓站——打包機或其它附屬設備+電氣控制系統等。

　　2.2貨架冷彎成型線(xiàn)交流伺服控制系統的基本原理。

　　2.3該系統由五部分組成，即計算機（PC）、伺服驅動(dòng)控制卡、交流伺服調速系統（交流伺服控制器、伺服電機及相應的控制電纜）、傳感檢測及反饋、輔助主動(dòng)作執行系統。主控程序只有幾百K，運行在DOS操作系統下，主控微機通過(guò)打印端口LP1：與伺服驅動(dòng)控制卡相連，并通過(guò)數據線(xiàn)發(fā)送位置或速度指令，在線(xiàn)適應性調節或設定PID調節參數（程序設計過(guò)程中將其作開(kāi)放性設計，便于調整）見(jiàn)后附圖，并進(jìn)行數模（D/A）轉換，通過(guò)相應的控制板卡輸出±10V的模擬信號并經(jīng)過(guò)交流伺服放大器放大后驅動(dòng)伺服電動(dòng)機，半閉環(huán)或閉環(huán)位置控制反饋系統由電機軸端裝有的增量式光電碼盤(pán)（或在被傳動(dòng)的物體上設置測量輥和增量式光電碼盤(pán)轉換裝置）提供信號（A、B、IN脈沖）來(lái)完成位置伺服系統的位置反饋，位置反饋環(huán)中傳感元件-增量式光電編碼器將運動(dòng)構件實(shí)時(shí)的位移（或轉角）變化量以A、B相差分脈沖形式長(cháng)線(xiàn)傳輸到現場(chǎng)控制站（PC機）中進(jìn)行編碼器脈沖計數，以獲得數字化位置信息，主控微機計算給定位置與實(shí)際位置（即反饋到的位置）的偏差后，根據偏差范圍采取相應的PID控制策略，將數字控制作用經(jīng)數模轉換變成模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調節電機運動(dòng)，完成期望值的反復多次閉環(huán)反饋定位控制，在控制原理上實(shí)現小誤差高精度的位置定位；然后主控程序對輔助主動(dòng)作執行系統下達運行指令，完成特定的機械抱閘動(dòng)作、壓力機在線(xiàn)沖壓運動(dòng)、液壓停剪切斷運動(dòng)等。

　　2.4本機組的主要特點(diǎn)：一次性投資成本較高，最大交流伺服功率有一定的限制，但后期運行成本低，特別是貨架組件的一次成材率高，產(chǎn)品精度高，應用范圍廣且附加產(chǎn)值高。

　　3、自動(dòng)送料機及沖孔裝置分析及工作原理

　　3.1貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線(xiàn)的在線(xiàn)預沖孔加工工序自動(dòng)送料裝置由上下一對φ75的導料輥組成，主要工作動(dòng)力來(lái)源于交流伺服電機，依靠料板與上下導料輥之間的摩擦力送料，貨架立柱的帶鋼分布孔在壓力機上沖壓完成，主體設計如圖二，本裝置原設計為美國寶德（BALDOR）3.7KW的伺服控制系統，后由于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，增加了工作傳動(dòng)負荷，并根據圖二所示的工作原理，即動(dòng)力控制部分與交流伺服控制之間的位置控制主要通過(guò)±10V的模擬信號來(lái)實(shí)現，不存在對交流伺服系統的功率限制，在原理上可以將其更換為日本三菱公司的伺服放大器型號MR-J2S-系列的5KW的配套的交流伺服控制器和交流伺服電機，并根據對應的貨架組件的生產(chǎn)精度要求及確定伺服控制精度為：±0.1，則由測量輥圓周長(cháng)與測量精度范圍的比值約為：1178（未考慮旋轉編碼器的分倍頻關(guān)系），宜選用1200PPR以上的旋轉編碼器，并在后期的近四年的應用過(guò)程中能很好地實(shí)現位置精度控制要求。

　　3.2三菱MR-J2伺服系統具有良好的機器響應性、低速穩定性、包含機械系統在內的最佳狀態(tài)調整的特點(diǎn)等；速度頻率響應達到550HZ以上，非常適合用于高速定位的場(chǎng)合，比較適合于負載慣性矩比會(huì )增大以及韌性較差的設備（我公司為鏈傳動(dòng)機組，此點(diǎn)要求較重要）。

　　3.3自動(dòng)送料裝置主要由圖三所示的結構組成，⑴光電傳感器1#主要反饋進(jìn)入壓力機工作區域的鋼帶存在狀況，如：余料、缺料等；⑵伺服電機經(jīng)齒輪箱向下導料輥傳遞輸送動(dòng)力，齒輪箱的傳動(dòng)比i（如i=11的設計選型）和電機的轉速決定該系統送料定位速度；⑶旋轉編碼器測出上導料輥（被動(dòng)送料及被動(dòng)測量點(diǎn)）通過(guò)與板料間的運動(dòng)傳遞的位置信號⑷機械抱閘實(shí)現定位后的位置固定；⑸光電傳感器2#實(shí)現壓力機的工作控制要求的位置信號的傳遞；⑹上下模實(shí)現在線(xiàn)孔位的沖壓；要求壓力機沖壓噸位配套、機床或模具精度的配套等。

　　3.4具體的每模送料步距量值的大小由PC設置相應的記數脈沖數或長(cháng)度轉化值比較決定，并由與上導料輥相聯(lián)的角編碼器被動(dòng)測量反饋相協(xié)調（由程序設定），從而實(shí)現沖壓板料的可調整、高精度、無(wú)積累誤差的步距送料沖壓，累積誤差由程序中設置的誤差補償算法或人工在線(xiàn)修正等手段處理，確保貨架立柱的高品質(zhì)孔位距離，實(shí)踐證明很實(shí)用。

　　3.5設備系統中的自動(dòng)送料裝置克服了貨架立柱預開(kāi)平鋼帶人工送料的缺點(diǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、工作可靠、控制精度高等特點(diǎn)，可大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，配合高速高精度壓力機可實(shí)現70次/分的工作頻率，工作壓力達到2500KN以上，其可組成獨立的運行系統。

　　4、貨架切斷裝置分析及工作原理

　　4.1基本控制原理相同并共用統一系統，其特點(diǎn)為：通過(guò)反射式光電開(kāi)關(guān)測量貨架立柱上的孔位數量信號，主要為判斷有無(wú)孔的光電反射開(kāi)關(guān)量而形成特定孔的計數信號，當達到一定的孔數時(shí)，內部主控程序將數孔測量模式轉化為長(cháng)度測量模式，同理完成位置伺服系統的位置反饋和定位控制，主控微機計算給定位置與實(shí)際位置（即反饋到的位置）的偏差后，適時(shí)在線(xiàn)調節交流伺服電機運動(dòng)，完成期望值的定位后，主運動(dòng)停止并主導液壓切斷裝置控制電磁閥產(chǎn)生切斷工作次序；（注：冷彎成型機組的主動(dòng)力仍然是由該交流伺服電機的運動(dòng)提供的，故應選擇大功率的交流伺服控制系統及驅動(dòng)系統，本設備選用的系統功率達到37KW以上）

　　4.2液壓停剪的控制模式與飛剪控制模式的主要區別：

　�、僖簤和＜舻目刂凭�度高，最高控制精度為：±0.1mm左右且無(wú)累積誤差，主要反映在被動(dòng)增量式光電碼盤(pán)的精度和控制時(shí)序上的要求，設備一次性投資較高；但一次成品率高，材料利用率高，飛剪控制需要增加隨動(dòng)和復位裝置，控制系統較簡(jiǎn)單；

　�、诳刂圃�理上，液壓停剪為絕對控制精度，不存在速差誤差等，飛剪為相對控制精度，為剪切位與工件運動(dòng)之間的相對誤差，由于速度運行規律上的不確定或機組阻力、工作負荷上的波動(dòng)等會(huì )造成無(wú)規律誤差的存在；

　�、埏w剪控制的主線(xiàn)運動(dòng)速度比較恒定，有利于配套的焊接等設備運行參數的設定和調整，而液壓停剪的控制模式主運動(dòng)曲線(xiàn)較復雜，存在高低速的變換和運動(dòng)停止狀態(tài)，有時(shí)會(huì )存在較長(cháng)的長(cháng)度校準時(shí)間；

　�、苌�產(chǎn)效率差異大，飛剪的生產(chǎn)效率高，易進(jìn)行生產(chǎn)控制；

　�、菰O備維護和操作控制的要求差異較大。⑥液壓停剪模式更有利于解決冷彎型材的切口變形與反彈等切口缺陷，綜上所述需要針對自身的冷彎產(chǎn)品特點(diǎn)制定和選擇合理的設備控制運行模式，以期獲得最大收益。