關鍵詞：定長剪切 快速定位算法 剪切控製係統
Abstract: It is an important equipment to cutting machine of armor plate smoothing for armor plate factory and rolled steel depot. Aimed at the existent problems, such as lower in control precision etc for traditional control system of cutting machine, the author researched and made a sort of automatic control system of cutting machine with plain adjustment function for 460mm wide armor plate based on industrial control product solution of Delta company. It is mainly discussed to system design as well as some key technical detail in the process of research and manufacture. By way of
production practice and application, the result shows that it is successful in design, higher in control precision, stationary and reliable in running, and practicable for similar intermission cutting system through suitable modification. The system has engineering meaning of generalization and application.
Key words: Cutting of setting length Speed orientation algorithm Cutting control system
[中圖分類號] TP273 [文獻標識碼] B 文章編號

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(cai)能(neng)成(cheng)為(wei)最(zui)終(zhong)產(chan)品(pin)提(ti)供(gong)給(gei)客(ke)戶(hu)使(shi)用(yong)，因(yin)此(ci)鋼(gang)板(ban)校(xiao)平(ping)剪(jian)板(ban)機(ji)是(shi)鋼(gang)板(ban)廠(chang)和(he)板(ban)材(cai)倉(cang)庫(ku)重(zhong)要(yao)的(de)生(sheng)產(chan)設(she)備(bei)。由(you)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)剪(jian)板(ban)機(ji)在(zai)使(shi)用(yong)方(fang)麵(mian)存(cun)在(zai)諸(zhu)多(duo)問(wen)題(ti)，針(zhen)對(dui)傳(chuan)統(tong)鋼(gang)板(ban)校(xiao)平(ping)剪(jian)板(ban)機(ji)存(cun)在(zai)的(de)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)和(he)剪(jian)切(qie)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)低(di)的(de)問(wen)題(ti)，研(yan)製(zhi)了(le)基(ji)於(yu)台(tai)達(da)工(gong)控(kong)產(chan)品(pin)的(de)460mm幅(fu)寬(kuan)成(cheng)卷(juan)鋼(gang)板(ban)校(xiao)平(ping)剪(jian)板(ban)機(ji)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)
，該(gai)係(xi)統(tong)已(yi)投(tou)入(ru)生(sheng)產(chan)使(shi)用(yong)，運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)，控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)高(gao)，維(wei)護(hu)使(shi)用(yong)方(fang)便(bian)
，受(shou)到(dao)用(yong)戶(hu)好(hao)評(ping)。本(ben)文(wen)從(cong)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)角(jiao)度(du)對(dui)研(yan)製(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)某(mou)些(xie)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)和(he)工(gong)程(cheng)實(shi)現(xian)相(xiang)關(guan)問(wen)題(ti)作(zuo)些(xie)討(tao)論(lun)。

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(xi)統(tong)運(yun)行(xing)中(zhong)
，位(wei)於(yu)地(di)坑(keng)中(zhong)的(de)光(guang)電(dian)開(kai)關(guan)用(yong)於(yu)根(gen)據(ju)鋼(gang)板(ban)下(xia)垂(chui)程(cheng)度(du)以(yi)啟(qi)動(dong)或(huo)停(ting)止(zhi)送(song)料(liao)機(ji)送(song)料(liao)
，以(yi)便(bian)保(bao)持(chi)送(song)料(liao)速(su)度(du)與(yu)校(xiao)平(ping)機(ji)運(yun)行(xing)速(su)度(du)相(xiang)匹(pi)配(pei)，操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)可(ke)通(tong)過(guo)觸(chu)摸(mo)屏(ping)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)輸(shu)入(ru)每(mei)刀(dao)剪(jian)切(qie)的(de)長(chang)度(du)與(yu)裁(cai)切(qie)的(de)刀(dao)數(shu)
，設(she)定(ding)完(wan)成(cheng)後(hou)啟(qi)動(dong)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)。裁(cai)切(qie)工(gong)藝(yi)的(de)具(ju)體(ti)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)要(yao)求(qiu)是(shi)：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/分；原料鋼板厚度為3～5mm，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an上shang述shu工gong藝yi數shu據ju要yao求qiu對dui這zhe類lei控kong製zhi係xi統tong進jin行xing設she計ji並bing不bu困kun難nan，但dan由you於yu傳chuan統tong解jie決jue方fang案an存cun在zai的de缺que陷xian，往wang往wang留liu下xia諸zhu多duo遺yi憾han。如ru對dui低di端duan設she備bei而er言yan

，傳chuan統tong實shi現xian方fang法fa一yi般ban采cai用yong直zhi流liu調tiao速su係xi統tong
，實shi施shi方fang案an的de缺que點dian是shi：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ru何he采cai用yong先xian進jin的de控kong製zhi技ji術shu構gou造zao性xing能neng價jia格ge比bi優you異yi的de剪jian切qie控kong製zhi係xi統tong，是shi人ren們men關guan注zhu的de焦jiao點dian，中zhong達da電dian通tong公gong司si為wei此ci提ti供gong了le基ji於yu台tai達da工gong控kong產chan品pin的de整zheng體ti配pei套tao控kong製zhi方fang案an，比bi較jiao好hao地di解jie決jue了le存cun在zai的de問wen題ti。

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實現準確測量。校平機由3.7kW減速比為15：1dejiansudianjiqudong
，yongdiancibaozhaqiangzhikefugangcaiyundongdeguanxingyiliyubeijiagongduixiangdezhunquedingwei。caiyongchumopingrenjijiemianzuoweizhilingheshujushangxingxiadadechuangkou，tongguorenjijiemianyuDVP16EH00R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RS-485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(he)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)的(de)通(tong)訊(xun)距(ju)離(li)，減(jian)小(xiao)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)弱(ruo)電(dian)係(xi)統(tong)尤(you)其(qi)是(shi)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)幹(gan)擾(rao)，在(zai)提(ti)高(gao)通(tong)訊(xun)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)提(ti)高(gao)了(le)操(cao)作(zuo)的(de)便(bian)利(li)性(xing)。變(bian)頻(pin)器(qi)和(he)變(bian)、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、kuaisuxiangyingdediancibaozhawai
，zaianzhuangtiaoshishibixujinliangjianxiaolianzhouqidebeixi
，zengjiabancaiyugunzhoujiandemocali。weileshisongliaojiyuxiaopingjidesuduxiangshiying，kezaisongliaojiyuxiaopingjizhijiancaiyongwadikengdefangfashixianhuanchong，rusongliaojiyi16m/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(de)餘(yu)量(liang)滿(man)足(zu)速(su)度(du)匹(pi)配(pei)。但(dan)實(shi)際(ji)鋼(gang)板(ban)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)拉(la)到(dao)水(shui)平(ping)的(de)，也(ye)不(bu)能(neng)接(jie)觸(chu)到(dao)地(di)坑(keng)底(di)部(bu)，因(yin)此(ci)在(zai)地(di)坑(keng)底(di)部(bu)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)加(jia)裝(zhuang)一(yi)對(dui)光(guang)電(dian)開(kai)關(guan)，檢(jian)測(ce)越(yue)限(xian)信(xin)號(hao)，隻(zhi)要(yao)超(chao)限(xian)就(jiu)啟(qi)動(dong)送(song)料(liao)機(ji)
，為(wei)了(le)方(fang)便(bian)挖(wa)一(yi)個(ge)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ESbianmaqichanpin
，gaichanpinhexindeguangzhamapancaiyongtaidazhuanlidejiguangkeshijishubingdapeizhuanlideguangdianzhuanhuanjishu，shizhizaishishuchumaichongbianyanchengxingganjingdetongshieryoubaochilegaopinmaichongshuchubuhuibianxinghediushidetedian；
（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460mm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。

參考文獻（略）
作者簡介
劉慶生（1970-），男，成都市人，高級工程師，主要從事自動控製、電氣傳動和智能自動化工程開發與智能化調速與定位方麵的技術和市場拓展工作。