專利名稱：旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備進(jìn)行工藝控制的裝置。
背景技術(shù)：
目前旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置技術(shù)領(lǐng)域主要是針對旋轉(zhuǎn)飛剪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行專用控 制器的開發(fā)，在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)增加智能控制電路和擴(kuò)展接口電路并加載專用控制程序，實(shí)現(xiàn)對旋 轉(zhuǎn)飛剪的工藝控制。其主要問題是旋轉(zhuǎn)飛剪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)控制器不便于維護(hù)、維修， 出現(xiàn)故障后恢復(fù)正常的時(shí)間很長；況且旋轉(zhuǎn)飛剪不是一個(gè)獨(dú)立工作的設(shè)備，旋轉(zhuǎn)飛剪總是和 其它設(shè)備共同組成一條機(jī)列進(jìn)行工作，專用驅(qū)動(dòng)控制器在硬件構(gòu)成、通訊接口兼容和控制功 能擴(kuò)展等方面都存在不方便性。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種硬件維護(hù)維修方便、整個(gè)機(jī)列控制的融合性較 好的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置包括以下器件 一個(gè)PLC可編程控制器；
一個(gè)具有和PLC可編程控制器相對應(yīng)的通訊接口，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機(jī) 界面；
與驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相對應(yīng)的電機(jī)控制器，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以是低慣量交直流電機(jī)、 或者交直流伺服電機(jī)，該電機(jī)控制器相應(yīng)地可以是交直流電機(jī)控制器或者交直流伺服控制器；
三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，分別為計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器和電機(jī)速 度反饋旋轉(zhuǎn)編碼器；
一個(gè)直流穩(wěn)壓電源；
所述PLC可編程控制器運(yùn)行加載的控制程序，結(jié)合對各個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測，向電機(jī)控
制器發(fā)出控制信號，電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)所需的工藝控制。
計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器提供送料輥送過的帶材長度信息，檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器自
動(dòng)定位，控制飛剪剪刃加速段的速度，使得剪刃進(jìn)入咬合的同時(shí)，通過的帶材長度正好是需
要的板材定尺，同時(shí)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，控制飛
剪減速，并準(zhǔn)確地停在上死點(diǎn)X點(diǎn)，從而精確地完成一次定尺剪切。
控制飛剪剪刃加速段的速度的方法可以是，飛剪剪刃加速段的速度Vr滿足下式要求
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中，W是機(jī)列速度，a是剪刃加速度，AP是位置偏差，<formula>formula see original document page 5</formula>， 其中，L是設(shè)定的剪切長度，A是通過的帶材實(shí)際計(jì)長脈沖數(shù)，5o是剪刃轉(zhuǎn)一圈的脈沖 數(shù)，B是剪刃位置反饋的脈沖數(shù)。
控制飛剪剪刃減速段的速度的方法可以是，飛剪剪刃減速段的速度Vr滿足下式要求
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中e是剪刃減加速度，co是減速段zx弧段的脈沖數(shù)，Bj是相對z點(diǎn)為零點(diǎn)的剪刃位 置反饋脈沖數(shù)。
本實(shí)用新型的檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器可以安裝在旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備本體上，計(jì)長檢測的 旋轉(zhuǎn)編碼器可以安裝在測量輥上。
PLC可編程控制器具備至少兩路高速計(jì)數(shù)器輸入、 一路模擬量輸入、兩路模擬量輸出、
八路數(shù)字量輸入、八路數(shù)字量輸出的接口和至少一個(gè)通訊接口 。
本實(shí)用新型由于采用了通用化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、通用化的可編程控制器和通用的編程語言， 實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)飛剪的控制，解決了通訊接口的兼容性、控制功能的擴(kuò)展性及與整個(gè)機(jī)列控制的 融合性、硬件維護(hù)維修的方便性、整個(gè)機(jī)列控制部分的經(jīng)濟(jì)性等問題。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明


圖1是飛剪控制相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2是上剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。
圖3是剪刃速度波形。 圖4是主程序結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
圖1是飛剪速度控制相關(guān)的主要設(shè)備及系統(tǒng)構(gòu)成圖，本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置包括 以下器件-
一個(gè)PLC可編程控制器，該P(yáng)LC可編程控制器具備至少兩路高速計(jì)數(shù)器輸入、 一路模擬 量輸入、兩路模擬量輸出、八路數(shù)字量輸入、八路數(shù)字量輸出的接口和至少一個(gè)通訊接口；
一個(gè)具有和PLC可編程控制器相對應(yīng)的通訊接口，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機(jī) 界面；
與驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相對應(yīng)的電機(jī)控制器，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以是低慣量交直流電機(jī)， 或者是交直流伺服電機(jī)；
三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，分別為計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器和電機(jī)速 度反饋旋轉(zhuǎn)編碼器；
一個(gè)直流穩(wěn)壓電源；
使用一路三相交流電源作為整個(gè)旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置的動(dòng)力電源；
其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備本體上；計(jì)長檢測的旋 轉(zhuǎn)編碼器安裝在距離旋轉(zhuǎn)飛剪來料方向1-2米范圍的測量輥上；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)控制器、PLC 可編程控制器及部分低壓電器和直流穩(wěn)壓電源裝配在一個(gè)控制柜內(nèi)，控制柜安裝在電控室或 機(jī)列設(shè)備現(xiàn)場附近；部分低壓操作元件和HMI人機(jī)界面裝配在一個(gè)操作臺(tái)或箱上，此操作臺(tái) 或箱安裝在便于觀察機(jī)列設(shè)備的現(xiàn)場附近。
操作人員在機(jī)列設(shè)備現(xiàn)場，通過HMI人機(jī)界面設(shè)置參數(shù)，通過低壓操作元件向PLC可編
程控制器發(fā)出控制指令，PLC可編程控制器運(yùn)行加載的"雙位置逼近-速度同步算法"和"期
望零點(diǎn)減速算法"控制程序，結(jié)合對各個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測，向電機(jī)控制器發(fā)出控制信號，
電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)所需的工藝控制。
旋轉(zhuǎn)式飛剪每旋轉(zhuǎn)一圈完成一次剪切，計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器提供送料輥送過的帶材長
度信息，檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器自動(dòng)定位，采用"雙位置逼近一一速度同步"控制方式
控制飛剪剪刃加速段的速度，使得剪刃進(jìn)入咬合的同時(shí)，通過的帶材長度正好是需要的板材 定尺，同時(shí)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(diǎn) 減速法"控制飛剪減速，并準(zhǔn)確地停在上死點(diǎn)(高速剪切短定尺板材時(shí)，飛剪會(huì)在合適的切 換點(diǎn)從減速切換到加速，繼續(xù)下一次剪切)，從而精確地完成一次定尺剪切。
飛剪的剪切過程主要是將鋁帶材沿機(jī)列方向的直線運(yùn)動(dòng)和剪刃的圓周運(yùn)動(dòng)，按工藝要求 協(xié)調(diào)配合好，由于采用控制精度高的全數(shù)字直流裝置控制機(jī)列的速度，所以在剪切過程中， 主要是控制剪刃的運(yùn)動(dòng)。圖2是剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。X是上死點(diǎn)，Y點(diǎn)是咬合點(diǎn)，Z點(diǎn)是 分離點(diǎn)，XY弧段是剪刃的加速段，在Y點(diǎn)讀入測量輥的計(jì)長脈沖數(shù)，同時(shí)將剪刃脈沖和計(jì)長 脈沖計(jì)數(shù)器清零及重新開始計(jì)數(shù)，為剪切下一張做準(zhǔn)備；YZ弧段是同步段，這時(shí)剪刃在水平 方向的速度分量和機(jī)列速度(也就是帶材速度)保持一致，保證剪切斷面的質(zhì)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，剪刃會(huì)在上死點(diǎn)X點(diǎn)停車等待，對短定 尺的剪切，需要從減速狀態(tài)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)入加速狀態(tài)。圖3是剪刃速度波形圖。
下面具體說明"雙位置逼近一一速度同步"控制方法和"期望零點(diǎn)減速法".-通過分析本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)飛剪剪刃和帶材在每一次剪切中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng) 方程，導(dǎo)出剪刃在XY加速段的速度模型為
「r =- V2MP
式中，Vr是剪刃速度，W是機(jī)列速度，a是剪刃加速度，AP是位置偏差，其計(jì)算公式
是
AP =(丄_爿)一(5o — B) 其中，L是設(shè)定的剪切長度(轉(zhuǎn)化成脈沖數(shù))，A是通過的帶材實(shí)際計(jì)長脈沖數(shù)，Bo是剪 刃轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)(由剪刃位置測量旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖當(dāng)量確定的固定數(shù))，B是剪刃位置反饋 的脈沖數(shù)。位置偏差值A(chǔ)P作為飛剪速度基準(zhǔn)的一個(gè)參量，控制剪刃的運(yùn)動(dòng)，使剪刃到達(dá)Y
點(diǎn)時(shí)，位置偏差減少到零，艮口
<formula>formula see original document page 7</formula> 由于Y點(diǎn)是計(jì)數(shù)的零點(diǎn)，而剪刃轉(zhuǎn)一圈的位置反饋值是Bo,于是當(dāng)剪刃運(yùn)動(dòng)到Y(jié)點(diǎn)時(shí)，
有下式存在
<formula>formula see original document page 7</formula>
所以丄=爿
也就是實(shí)際的帶材送料長度即剪切長度等于設(shè)定長度。當(dāng)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A(chǔ)P也是逐漸趨近于零的，這就是所謂的 雙位置逼近。再看Vr，當(dāng)剪刃運(yùn)動(dòng)到Y(jié)點(diǎn)時(shí)，如上所述，
可見這時(shí)的剪刃速度等于機(jī)列速度，做到了兩個(gè)速度的同步。所以將飛剪加速段的控制 方法稱為"雙位置逼近一速度同步法"。
需要注意的是剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡是圓，帶材運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，所以在AP的計(jì)算中要將兩 個(gè)脈沖當(dāng)量統(tǒng)一。如圖2所示，過Y點(diǎn)作一條切線，假設(shè)剪刃Bl在切線上的對應(yīng)點(diǎn)為B2， 即B1Y弧段32Y線段，而B就是剪刃脈沖在帶材運(yùn)動(dòng)方向的等效脈沖值。
從Y點(diǎn)開始，剪刃速度保持和機(jī)列速度相等，對帶材進(jìn)行剪切，當(dāng)剪刃到達(dá)Z點(diǎn)時(shí)，飛 剪進(jìn)入減速段，其減速段的速度模型是
& =麵。-別
式中，e是剪刃減加速度，co是減速段zx弧段的脈沖數(shù)，Bj是相對z點(diǎn)為零點(diǎn)的剪刃
位置反饋脈沖數(shù)，而當(dāng)剪刃向期望的零速度點(diǎn)X點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，(Co-Bj)逐漸趨于零，則Vr也 逐漸趨于零，到達(dá)X點(diǎn)時(shí)，剪刃速度Vr正好等于零。這就是"期望零點(diǎn)減速法"。 飛剪的啟動(dòng)條件是
也就是，當(dāng)AP使得上式成立時(shí)，飛剪開始進(jìn)入加速。
在短定尺剪切時(shí)，飛剪從減速向加速轉(zhuǎn)換的條件是，按加速段數(shù)學(xué)模型計(jì)算的剪刃速度 Vr等于減速段數(shù)學(xué)模型計(jì)算的剪刃速度Vr時(shí)，停止減速，轉(zhuǎn)為加速。
主程序結(jié)構(gòu)如圖4所示，中斷程序主要是響應(yīng)剪刃到達(dá)Y點(diǎn)時(shí)，針對剪刃位置的高速計(jì) 數(shù)器按照預(yù)設(shè)的定位中斷值，觸發(fā)主CPU中斷。中斷程序讀入測量輥計(jì)長脈沖計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí) 值，將剪刃位置脈沖計(jì)數(shù)器和計(jì)長脈沖計(jì)數(shù)器復(fù)位，同時(shí)加速段標(biāo)志復(fù)位、同步段標(biāo)志置位。
本實(shí)用新型由于釆用了通用化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、通用化的可編程控制器和國際通行的編程 語言，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)飛剪的控制，解決了通訊接口的兼容性、控制功能的擴(kuò)展性及與整個(gè)機(jī)列 控制的融合性、硬件維護(hù)維修的方便性、整個(gè)機(jī)列控制部分的經(jīng)濟(jì)性等問題。
本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例，任何基于本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想所作簡單變換，比如 將本實(shí)用新型控制裝置用于對旋轉(zhuǎn)滾筒剪的控制，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于包括一個(gè)PLC可編程控制器；一個(gè)具有和PLC可編程控制器相對應(yīng)的通訊接口，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機(jī)界面；與驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相對應(yīng)的電機(jī)控制器；三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，分別為計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器和電機(jī)速度反饋旋轉(zhuǎn)編碼器；一個(gè)直流穩(wěn)壓電源；所述PLC可編程控制器運(yùn)行加載的控制程序，結(jié)合對各個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測，向電機(jī)控制器發(fā)出控制信號，電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)所需的工藝控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器 提供送料輥送過的帶材長度信息，檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器自動(dòng)定位，控制飛剪剪刃加速 段的速度，使得剪刃進(jìn)入咬合的同時(shí)，通過的帶材長度正好是需要的板材定尺，同時(shí)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，控制飛剪減速，并準(zhǔn)確地停在上死 點(diǎn)X點(diǎn)，從而精確地完成一次定尺剪切。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述飛剪剪刃加速段的速度 Vr滿足下式要求<formula>formula see original document page 2</formula>式中，W是機(jī)列速度，a是剪刃加速度，AP是位置偏差，AP = (Z-J)-(5o-5)， 其中，L是設(shè)定的剪切長度，A是通過的帶材實(shí)際計(jì)長脈沖數(shù)，Bo是剪刃轉(zhuǎn)一圈的脈沖 數(shù)，B是剪刃位置反饋的脈沖數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述飛剪剪刃減速段的 速度Vr滿足下式要求<formula>formula see original document page 2</formula>式中P是剪刃減加速度，Co是減速段ZX弧段的脈沖數(shù)，Bj是相對Z點(diǎn)為零點(diǎn)的剪刃位 置反饋脈沖數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述PLC可編程控 制器具備至少兩路高速計(jì)數(shù)器輸入、 一路模擬量輸入、兩路模擬量輸出、八路數(shù)字量輸入、八路數(shù)字量輸出的接口和至少一個(gè)通訊接口 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述PLC可編程控制器具備 至少兩路高速計(jì)數(shù)器輸入、 一路模擬量輸入、兩路模擬量輸出、八路數(shù)字量輸入、八路數(shù)字 量輸出的接口和至少一個(gè)通訊接口 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述檢測剪刃位置 的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備本體上；所述計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測量輥上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編 碼器安裝在旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備本體上；所述計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測量輥上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編 碼器安裝在旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備本體上；所述計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測量輥上。
10、 根據(jù)權(quán)利要6所述的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，其特征在于所述檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編 碼器安裝在旋轉(zhuǎn)飛剪設(shè)備本體上；所述計(jì)長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測量輥上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，包括一個(gè)具備至少兩路高速計(jì)數(shù)器輸入、一路模擬量輸入、兩路模擬量輸出、八路數(shù)字量輸入、八路數(shù)字量輸出接口和至少一個(gè)通訊接口的PLC可編程控制器；一個(gè)具有和PLC相對應(yīng)的通訊接口，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機(jī)界面；與驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相對應(yīng)的電機(jī)控制器；三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器以及一個(gè)直流穩(wěn)壓電源。PLC可編程控制器加載包含“雙位置逼近-速度同步算法”、“期望零點(diǎn)減速算法”的PLC控制程序。本實(shí)用新型由于采用了通用化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、可編程控制器和通用的編程語言，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)飛剪的控制，解決了整個(gè)機(jī)列控制的融合性、經(jīng)濟(jì)性和硬件維護(hù)維修的方便性等問題。
文檔編號G05B19/05GK201069528SQ200720169988
公開日2008年6月4日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者何小書, 郝俊強(qiáng) 申請人:北京二十一世紀(jì)科技發(fā)展有限公司