王興娟 李玲筠

◆摘? 要：西線滑臺(tái)隨動(dòng)控制運(yùn)行過程中，滑臺(tái)與主機(jī)速度的誤差、工件跑偏或接頭不良會(huì)對(duì)電動(dòng)滑軌產(chǎn)生沖擊，造成系統(tǒng)故障。本文著重分析了此類故障產(chǎn)生的原因及應(yīng)控制的同步精度范圍，并介紹了解決同步問題的綜合措施，以確保西線滑臺(tái)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

◆關(guān)鍵詞：滑臺(tái);電動(dòng)滑軌;直流控制器

輥壓西線是東風(fēng)專用汽車有限公司的重要生產(chǎn)線，利用冷彎成型技術(shù)，將成卷帶鋼輥壓成不同斷面、不同長(zhǎng)度的車箱零部件。近年來，由于汽車市場(chǎng)對(duì)少批量、多品種的要求不斷增長(zhǎng)，輥壓西線原設(shè)計(jì)的機(jī)械檔板定尺裝置由于更換定尺不便、長(zhǎng)工件定尺不準(zhǔn)和加長(zhǎng)工件不能生產(chǎn)等問題，已不能滿足現(xiàn)生產(chǎn)的要求。

為解決生產(chǎn)的燃眉之急，2000年臨時(shí)將原設(shè)計(jì)的機(jī)械擋板定尺改為半隨動(dòng)定尺方式進(jìn)行試運(yùn)行。但半隨動(dòng)定尺生產(chǎn)方式中，工件在達(dá)到給定尺寸進(jìn)行沖切時(shí)，整個(gè)機(jī)組都要停止運(yùn)行，等油缸沖切完畢、沖頭抬起后，才能再次啟動(dòng)運(yùn)行。這樣不僅待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，而且由于機(jī)組頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)線的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損較大，影響電機(jī)的使用壽命。同時(shí)大電機(jī)的頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，對(duì)車間內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行也造成不利影響。

為使西線能夠長(zhǎng)期、安全、可靠地運(yùn)行，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，必須盡快實(shí)現(xiàn)全隨動(dòng)定尺控制，將滑臺(tái)氣缸拖動(dòng)方式改為電機(jī)拖動(dòng)方式，同時(shí)對(duì)電氣部分重新設(shè)計(jì)、制造，使西線滑臺(tái)沖切時(shí)，滑臺(tái)隨工件同步運(yùn)行，主機(jī)不用停機(jī)便能完成沖切。

1存在的問題

隨動(dòng)沖切就是主機(jī)帶動(dòng)工件以一定的速度作勻速運(yùn)行，在工件運(yùn)行到給定長(zhǎng)度的一定余量時(shí)，滑臺(tái)開始運(yùn)行，在工件長(zhǎng)度達(dá)到給定值時(shí)，滑臺(tái)追上主機(jī)的速度，與主機(jī)同步運(yùn)行，并完成沖切動(dòng)作。切斷工件后，滑臺(tái)高速返回原位，等待下一塊工件運(yùn)行到給定長(zhǎng)度的相同余量時(shí)，再一次啟動(dòng)。這樣在確保主機(jī)不停機(jī)的情況下，循環(huán)完成工件的生產(chǎn)。

要實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的隨動(dòng)沖切就必須對(duì)主機(jī)和滑臺(tái)的運(yùn)行進(jìn)行可靠的控制，控制方式是用直流電機(jī)拖動(dòng)滑臺(tái)運(yùn)行，主機(jī)和滑臺(tái)的直流電機(jī)都用同型號(hào)的MENTORⅡ全數(shù)字直流控制器來控制，使兩個(gè)直流電機(jī)的線速度在一定精度范圍內(nèi)同步，滿足隨動(dòng)定尺對(duì)長(zhǎng)度精度和速度精度的要求。

MENTORⅡ全數(shù)字直流控制器是英國(guó)CT公司最新的工業(yè)用全數(shù)字化直流控制驅(qū)動(dòng)器，輸出電流范圍25A—1850A。所有裝置均具有PID速度控制和電流自適應(yīng)控制，給定和反饋的精度可達(dá)0.1%，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高。

該系列直流調(diào)速器以微處理器為核心，配合用戶可變參數(shù)的控制軟件，可靈活地修改與電機(jī)響應(yīng)相關(guān)的重要參素，在不同的條件下達(dá)到最優(yōu)的電機(jī)響應(yīng)，因而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

MENTORⅡ系列直流控制器的操作指令及運(yùn)行參數(shù)由面板或串行口輸入、設(shè)定及修改，并受三級(jí)保密字保護(hù)。所有模擬輸入及大多數(shù)數(shù)字量輸入用戶可編程。串行口采用RS485，易于多機(jī)聯(lián)網(wǎng)，與上位機(jī)及其他設(shè)備形成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。

主機(jī)的速度由主機(jī)的直流調(diào)速器M550R根據(jù)工件的長(zhǎng)度來決定，工件的長(zhǎng)度（L）由觸摸屏給定，根據(jù)給定的板長(zhǎng)，主機(jī)設(shè)定有三種工作速度（V）即：

主機(jī)的各種速度同時(shí)由主機(jī)的直流調(diào)速器M550R的模擬量輸出端輸出一個(gè)控制電壓給滑臺(tái)的直流調(diào)速器M45R的速度給定端，經(jīng)調(diào)速器放大后作為滑臺(tái)速度的給定，控制滑臺(tái)的同步速度。

要完成全隨動(dòng)定尺控制，首先要解決的問題是：在同步?jīng)_切過程中，當(dāng)同步速度存在誤差時(shí)，可能對(duì)系統(tǒng)造成破壞。其次要解決的問題是：生產(chǎn)工件的每卷帶鋼之間的焊接接頭，有時(shí)不能通過滑臺(tái)沖切模具，將對(duì)滑臺(tái)造成沖擊以致拉斷電動(dòng)滑軌的皮帶。另外由于主機(jī)成形輥片調(diào)整不到位、帶鋼材質(zhì)不同等情況，工件產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象，增大電動(dòng)滑軌的負(fù)荷，也會(huì)造成電動(dòng)滑軌皮帶的拉斷和工件架橋的現(xiàn)象。

因此，必須采用有效的控制手段來減小這些情況對(duì)控制精度的影響，以及對(duì)設(shè)備造成的危害，特別是對(duì)電動(dòng)滑軌的破壞。電動(dòng)滑軌是進(jìn)口元?dú)饧?，價(jià)格較高，定貨周期較長(zhǎng)。發(fā)生問題后勢(shì)必影響設(shè)備的正常運(yùn)行，造成維修費(fèi)用增高，生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。

2原因分析與方案確定

2.1同步速度

同步?jīng)_切時(shí)，滑臺(tái)與主機(jī)的速度并非絕對(duì)一致，而是相對(duì)的。產(chǎn)生誤差的原因有：調(diào)速器自身的精度，電機(jī)的運(yùn)行特性，測(cè)速發(fā)電機(jī)的精度，執(zhí)行元件的響應(yīng)時(shí)間及程序的掃描時(shí)間等。

程序的掃描時(shí)間可以通過修改程序，精簡(jiǎn)程序的語句，在程序中利用程序中斷功能提高關(guān)鍵動(dòng)作程序的響應(yīng)時(shí)間等措施來減少影響。

直流調(diào)速器的速度控制綜合精度為0.125%，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次對(duì)滑臺(tái)沖切時(shí)液壓系統(tǒng)的調(diào)整，參數(shù)的測(cè)繪，可以很清楚地發(fā)現(xiàn)，沖頭與工件接觸的最長(zhǎng)時(shí)間為0.8s。主機(jī)的最快線速度為1.0m/s，因而滑臺(tái)與主機(jī)在沖切時(shí)的最大位移誤差為：

1000mm/s×0.8s×0.125%×2=2mm

通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在工件到達(dá)給定長(zhǎng)度、滑臺(tái)到達(dá)同步速度開始沖切并返回上死點(diǎn)的時(shí)間為0.8S。如果主機(jī)的速度比滑臺(tái)的速度快，即主機(jī)與滑臺(tái)之間所產(chǎn)生的相對(duì)位移為正數(shù)，并將以主機(jī)對(duì)滑臺(tái)作用力的形式作用于電動(dòng)滑軌之上，頂著滑臺(tái)向前運(yùn)行2mm，對(duì)電動(dòng)滑軌產(chǎn)生沖擊。

相反，如果主機(jī)的速度比滑臺(tái)的速度慢，主機(jī)與滑臺(tái)之間所產(chǎn)生的相對(duì)位移為負(fù)數(shù)，主機(jī)雖然沒有對(duì)滑臺(tái)產(chǎn)生沖擊。但是，如果滑臺(tái)速度比主機(jī)速度快出一定的值，工件就會(huì)被拉出模具，滑臺(tái)沖切完畢后，高速返回時(shí)撞到工件，也會(huì)對(duì)電動(dòng)滑軌產(chǎn)生沖擊。沖頭模具的寬度為20mm，沖切時(shí)間為0.8s，則速度差為：20mm/0.8s=25mm/s。也就是說，當(dāng)滑臺(tái)的速度比主機(jī)的速度快25mm/s時(shí)，也會(huì)造成電動(dòng)滑軌皮帶拉斷，隨動(dòng)系統(tǒng)無法工作。

綜上所說，滑臺(tái)要安全、順利地完成同步?jīng)_切，滑臺(tái)的同步速度就必須比主機(jī)的運(yùn)行速度要快，而且，又必須把速度誤差控制在25mm/s范圍之內(nèi)。

2.2材料及模具

成卷帶鋼的長(zhǎng)度是有限的，為避免主機(jī)重新引料和材料的浪費(fèi)，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率，兩卷材料在進(jìn)入螺旋活套前必須進(jìn)行對(duì)接焊接，當(dāng)焊接質(zhì)量不好時(shí)，產(chǎn)生的接頭無法通過滑臺(tái)沖切模具，對(duì)電動(dòng)滑軌產(chǎn)生沖擊。卷鋼材料在輥壓成型的過程中，受模具調(diào)整不到位、不同批次鋼材變型量不同的影響，以及工件斷面對(duì)沖頭的要求，使得沖頭上下模具之間的間隙不可能留有足夠的空間來保證在工件跑偏的情況下能順利地通過模具，因而會(huì)出現(xiàn)工件架橋現(xiàn)象。

要解決以上問題可能對(duì)電動(dòng)滑軌產(chǎn)生的破壞，就必須想辦法解決由此現(xiàn)象產(chǎn)生的作用力不能作用在電動(dòng)滑軌上，以免拉斷電動(dòng)滑軌皮帶。同時(shí)，還必須想辦法解決在以上措施起不到理想保護(hù)作用的情況下，當(dāng)作用力作用于電動(dòng)滑軌之上時(shí)，也能夠?qū)﹄妱?dòng)滑軌皮帶起到理想的保護(hù)作用。

3方案實(shí)施

3.1硬件系統(tǒng)改造

首先對(duì)控制系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。所有控制柜、操作臺(tái)在現(xiàn)場(chǎng)就近安裝，避免了過去控制柜與操作臺(tái)在兩地控制，線路長(zhǎng)，故障率高，維修不便的問題，提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

另外對(duì)滑臺(tái)進(jìn)行改造，去掉滑臺(tái)拖動(dòng)氣缸，改為直流調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)，將滑臺(tái)安裝于電動(dòng)滑軌之上，以實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的隨動(dòng)沖切。同時(shí)安裝過載離合器和工件形狀檢測(cè)裝置。

3.1.1滑臺(tái)電機(jī)過電流保護(hù)

直流電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中必須控制的量是速度、輸出力矩和轉(zhuǎn)向。速度與電樞反電勢(shì)成正比。轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)單地由電樞和磁場(chǎng)電壓的相對(duì)極性決定。力矩與電樞電流和磁通的乘積成正比。

工件形狀不好、與沖切模具產(chǎn)生摩擦?xí)r，滑臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷變大，從而使電機(jī)的力矩也變大，引起電機(jī)電流的增大，滑軌皮帶的拉力也隨之增大。如果工件變形量較大，就有可能拉斷滑軌皮帶。因此，在調(diào)整好工件后，啟動(dòng)滑臺(tái)，用示波器觀察、測(cè)量電機(jī)電流的最大值。然后根據(jù)測(cè)量值設(shè)定直流調(diào)速器的電流保護(hù)值，作為滑臺(tái)的過電流保護(hù)。在電機(jī)轉(zhuǎn)矩增大的情況下，當(dāng)電樞電流增大達(dá)到或超過設(shè)定值時(shí)，直流調(diào)速器過電流保護(hù)動(dòng)作，整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行，確保電動(dòng)滑軌皮帶不會(huì)因?yàn)樽饔昧^大而被拉斷。

3.1.2工件形狀檢測(cè)及保護(hù)

兩卷帶鋼之間的焊接接頭，不能通過滑臺(tái)沖切模具，會(huì)對(duì)滑臺(tái)產(chǎn)生沖擊;工件在運(yùn)行中跑偏，會(huì)增大滑臺(tái)與沖切模具的摩擦力，增大電機(jī)的負(fù)荷，并會(huì)帶動(dòng)滑臺(tái)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

在工件運(yùn)行上滑臺(tái)之前，制作一個(gè)工件形狀檢測(cè)裝置，安裝于滑臺(tái)之前，檢測(cè)工件的接頭及工件的跑偏情況。由于焊接接頭不能通過工件形狀檢測(cè)裝置，會(huì)使工件形狀檢測(cè)裝置的接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)使主機(jī)停止運(yùn)行，以保護(hù)電動(dòng)滑軌;同樣，當(dāng)工件的材料跑偏時(shí)，材料與工件形狀檢測(cè)裝置之間的摩擦力大于工件形狀檢測(cè)裝置保護(hù)彈簧的設(shè)定力時(shí)，也會(huì)使主機(jī)停機(jī)。

3.1.3過載離合器保護(hù)

主機(jī)在運(yùn)行過程中由于各種不確定因素，仍有可能對(duì)滑臺(tái)產(chǎn)生沖擊。為確保電動(dòng)滑軌的安全運(yùn)行，在滑軌和減速器之間選用合適的轉(zhuǎn)矩過載離合器作為對(duì)電動(dòng)滑軌的保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)滑軌所受的沖擊力超過過載離合器設(shè)定的最大轉(zhuǎn)拒時(shí)，過載離合器自動(dòng)脫開，滑臺(tái)電機(jī)不再拖動(dòng)電動(dòng)滑軌運(yùn)行，電動(dòng)滑軌只在主機(jī)拖動(dòng)工件作用力的作用下運(yùn)行，保證了電動(dòng)滑軌不會(huì)因?yàn)樵陔姍C(jī)和主機(jī)相互作用力的作用而損壞。

3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1沖切油缸動(dòng)作測(cè)試

滑臺(tái)在滑軌上的有效行程為2.4m，在僅有的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，滑臺(tái)要實(shí)現(xiàn)加速、同步運(yùn)行、沖切、減速和原位的極限保護(hù)，各個(gè)動(dòng)作環(huán)節(jié)的速度應(yīng)盡可能快，用時(shí)盡可能短?；_(tái)的加速、減速時(shí)間為0.7S，時(shí)間再短就會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，引起振蕩。極限保護(hù)距離是滑臺(tái)在運(yùn)行到極限位置的情況下，滑臺(tái)電機(jī)在直流調(diào)速器起保護(hù)作用的情況下下，停止運(yùn)行，滑臺(tái)在慣性力的作用下，滑行的距離。因此，滑臺(tái)的沖切時(shí)間在很大程度上決定著主機(jī)的運(yùn)行速度。通過多次測(cè)量、調(diào)試，滑臺(tái)的沖切時(shí)間被控制在0.8S以內(nèi)，以避免由于滑臺(tái)的沖切時(shí)間過長(zhǎng)而造成其他動(dòng)作的時(shí)間不夠，降低主機(jī)的運(yùn)行速度，從而降低設(shè)備的工作效率，延長(zhǎng)工人的工作時(shí)間和設(shè)備的開動(dòng)時(shí)間，浪費(fèi)資源。沖切油缸動(dòng)作波形如圖1所示。

3.2.2主機(jī)、滑臺(tái)速度測(cè)試

滑臺(tái)和主機(jī)在同步?jīng)_切時(shí)，同步速度的精確度決定著沖切成功于否。因此，上工件之前，對(duì)滑臺(tái)和主機(jī)在同步速度下各個(gè)參數(shù)的測(cè)定至關(guān)重要。首先，測(cè)試、調(diào)整主機(jī)和滑臺(tái)在三種工作速度下直流調(diào)速器的參數(shù)。數(shù)據(jù)如下：

3.2.3滑臺(tái)隨動(dòng)沖切的仿真

為驗(yàn)證滑臺(tái)隨動(dòng)沖切時(shí)，滑臺(tái)直流調(diào)速器各參數(shù)的給定是否正確，因此，在設(shè)備上工件實(shí)際運(yùn)行前，必須對(duì)滑臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行狀況有充分了解。為此，對(duì)滑臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行狀況編制一段仿真程序，滑臺(tái)直流調(diào)速器參數(shù)由電位器給定，空負(fù)荷運(yùn)行滑臺(tái)。

在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)：滑臺(tái)直接啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)時(shí)間短，加速度大，速度到達(dá)時(shí)會(huì)出現(xiàn)超調(diào)和振蕩，影響到同步速度的穩(wěn)定，同步時(shí)間加長(zhǎng)。另外，由于滑臺(tái)加速度大，滑臺(tái)質(zhì)量大，滑臺(tái)在加速過程中造成過載離合器經(jīng)常過負(fù)荷脫開，同步運(yùn)行失敗，過載離合器頻繁過載保護(hù)，磨損嚴(yán)重，使用壽命短，維修費(fèi)用高。

如果，延長(zhǎng)滑臺(tái)的加速時(shí)間，這樣雖然可以避免以上的問題，但是加速時(shí)間的加長(zhǎng)，就必須降低主機(jī)的速度，從而降低設(shè)備的生產(chǎn)效率，增加工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。

MentorⅡ全數(shù)字直流調(diào)速器具有兩級(jí)加減速功能。首先，以低的加速度啟動(dòng)滑臺(tái)，當(dāng)滑臺(tái)啟動(dòng)到一定的速度時(shí)，再增大加速度啟動(dòng)滑臺(tái)，這樣就即保證了滑臺(tái)的啟動(dòng)時(shí)間不會(huì)延長(zhǎng)較多，又保證了過載離合器不會(huì)因?yàn)榧铀俣忍蠖斐蛇^載離合器過負(fù)荷脫開。測(cè)得速度曲線如圖3所示。

3.2.4聯(lián)機(jī)調(diào)試

主機(jī)上料實(shí)際運(yùn)行設(shè)備。為確保設(shè)備的安全運(yùn)行，主機(jī)首先生產(chǎn)最短的工件，以最低的速度運(yùn)行?；_(tái)在工件達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度同步?jīng)_切時(shí)發(fā)現(xiàn)主機(jī)與滑臺(tái)的速度存在著不同步，滑臺(tái)在還沒有完成沖切的過程中，出現(xiàn)工件頂著滑臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。原因?yàn)椋褐鳈C(jī)的直流調(diào)速器的模擬量輸出，作為滑臺(tái)的速度給定，給定值較小。通過提高反饋量的系數(shù)，使得滑臺(tái)與主機(jī)的速度同步，消除主機(jī)對(duì)滑臺(tái)的沖擊，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。實(shí)際生產(chǎn)4065MM工件測(cè)得波形如圖4所示。

然后，再不斷地改變工件的長(zhǎng)度，調(diào)試生產(chǎn)的三種工作速度，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

4效果

去掉了滑臺(tái)拖動(dòng)氣缸。解決了西線每生產(chǎn)一件工件都必須停止主機(jī)才能沖切的問題。避免了大電機(jī)的頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)造成的電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，對(duì)車間其他用電設(shè)備的影響，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)：采用PLC和全數(shù)字直流調(diào)速器進(jìn)行定尺控制，控制精度高，生產(chǎn)線柔性化程度高;采用觸摸顯示屏給定工件的長(zhǎng)度，修改系統(tǒng)參數(shù)，顯示系統(tǒng)狀態(tài)，快捷方便。

參考文獻(xiàn)

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[2]MentorⅡ? User Guide.

[3]C200HX可編程序控制器編程手冊(cè)O(shè)MRON.