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)動電機的驅(qū)動控制器進行專用控 制器的開發(fā)，在驅(qū)動器內(nèi)增加智能控制電路和擴展接口電路并加載專用控制程序，實現(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)動電機的專用驅(qū)動控制器不便于維護、維修， 出現(xiàn)故障后恢復正常的時間很長；況且旋轉(zhuǎn)飛剪不是一個獨立工作的設(shè)備，旋轉(zhuǎn)飛剪總是和 其它設(shè)備共同組成一條機列進行工作，專用驅(qū)動控制器在硬件構(gòu)成、通訊接口兼容和控制功 能擴展等方面都存在不方便性。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種硬件維護維修方便、整個機列控制的融合性較 好的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置包括以下器件 一個PLC可編程控制器；
一個具有和PLC可編程控制器相對應(yīng)的通訊接口，方便進行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機 界面；
與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機相對應(yīng)的電機控制器，該驅(qū)動電機可以是低慣量交直流電機、 或者交直流伺服電機，該電機控制器相應(yīng)地可以是交直流電機控制器或者交直流伺服控制器；
三個旋轉(zhuǎn)編碼器，分別為計長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器和電機速 度反饋旋轉(zhuǎn)編碼器；
一個直流穩(wěn)壓電源；
所述PLC可編程控制器運行加載的控制程序，結(jié)合對各個旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測，向電機控
制器發(fā)出控制信號，電機控制器驅(qū)動控制旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機，實現(xiàn)所需的工藝控制。
計長檢測的旋轉(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
動定位，控制飛剪剪刃加速段的速度，使得剪刃進入咬合的同時，通過的帶材長度正好是需
要的板材定尺，同時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，并準確地停在上死點X點，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是通過的帶材實際計長脈沖數(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點為零點的剪刃位 置反饋脈沖數(shù)。
本實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通訊接口 。
本實用新型由于采用了通用化的電機驅(qū)動器、通用化的可編程控制器和通用的編程語言， 實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)飛剪的控制，解決了通訊接口的兼容性、控制功能的擴展性及與整個機列控制的 融合性、硬件維護維修的方便性、整個機列控制部分的經(jīng)濟性等問題。
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步說明


圖1是飛剪控制相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2是上剪刃運動軌跡示意圖。
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，本實用新型旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置包括 以下器件-
一個PLC可編程控制器，該PLC可編程控制器具備至少兩路高速計數(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通訊接口；
一個具有和PLC可編程控制器相對應(yīng)的通訊接口，方便進行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機 界面；
與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機相對應(yīng)的電機控制器，該驅(qū)動電機可以是低慣量交直流電機， 或者是交直流伺服電機；
三個旋轉(zhuǎn)編碼器，分別為計長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器和電機速 度反饋旋轉(zhuǎn)編碼器；
一個直流穩(wěn)壓電源；
使用一路三相交流電源作為整個旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置的動力電源；
其中驅(qū)動電機、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)動電機的電機控制器、PLC 可編程控制器及部分低壓電器和直流穩(wěn)壓電源裝配在一個控制柜內(nèi)，控制柜安裝在電控室或 機列設(shè)備現(xiàn)場附近；部分低壓操作元件和HMI人機界面裝配在一個操作臺或箱上，此操作臺 或箱安裝在便于觀察機列設(shè)備的現(xiàn)場附近。
操作人員在機列設(shè)備現(xiàn)場，通過HMI人機界面設(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可編程控制器運行加載的"雙位置逼近-速度同步算法"和"期
望零點減速算法"控制程序，結(jié)合對各個旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測，向電機控制器發(fā)出控制信號，
電機控制器驅(qū)動控制旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機，實現(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，使得剪刃進入咬合的同時，通過的帶材長度正好是需要的板材 定尺，同時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 減速法"控制飛剪減速，并準確地停在上死點(高速剪切短定尺板材時，飛剪會在合適的切 換點從減速切換到加速，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列方向的直線運動和剪刃的圓周運動，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)字直流裝置控制機列的速度，所以在剪切過程中， 主要是控制剪刃的運動。圖2是剪刃的運動軌跡示意圖。X是上死點，Y點是咬合點，Z點是 分離點，XY弧段是剪刃的加速段，在Y點讀入測量輥的計長脈沖數(shù)，同時將剪刃脈沖和計長 脈沖計數(shù)器清零及重新開始計數(shù)，為剪切下一張做準備；YZ弧段是同步段，這時剪刃在水平 方向的速度分量和機列速度(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，剪刃會在上死點X點停車等待，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"期望零點減速法".-通過分析本實用新型旋轉(zhuǎn)飛剪剪刃和帶材在每一次剪切中的運動關(guān)系，根據(jù)勻變速運動 方程，導出剪刃在XY加速段的速度模型為
「r =- V2MP
式中，Vr是剪刃速度，W是機列速度，a是剪刃加速度，AP是位置偏差，其計算公式
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是通過的帶材實際計長脈沖數(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作為飛剪速度基準的一個參量，控制剪刃的運動，使剪刃到達Y
點時，位置偏差減少到零，艮口
<formula>formula see original document page 7</formula> 由于Y點是計數(shù)的零點，而剪刃轉(zhuǎn)一圈的位置反饋值是Bo,于是當剪刃運動到Y(jié)點時，
有下式存在
<formula>formula see original document page 7</formula>
所以丄=爿
也就是實際的帶材送料長度即剪切長度等于設(shè)定長度。當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，當剪刃運動到Y(jié)點時，如上所述，
可見這時的剪刃速度等于機列速度，做到了兩個速度的同步。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動軌跡是圓，帶材運動軌跡是直線，所以在AP的計算中要將兩 個脈沖當量統(tǒng)一。如圖2所示，過Y點作一條切線，假設(shè)剪刃Bl在切線上的對應(yīng)點為B2， 即B1Y弧段32Y線段，而B就是剪刃脈沖在帶材運動方向的等效脈沖值。
從Y點開始，剪刃速度保持和機列速度相等，對帶材進行剪切，當剪刃到達Z點時，飛 剪進入減速段，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點為零點的剪刃
位置反饋脈沖數(shù)，而當剪刃向期望的零速度點X點運動時，(Co-Bj)逐漸趨于零，則Vr也 逐漸趨于零，到達X點時，剪刃速度Vr正好等于零。這就是"期望零點減速法"。 飛剪的啟動條件是
也就是，當AP使得上式成立時，飛剪開始進入加速。
在短定尺剪切時，飛剪從減速向加速轉(zhuǎn)換的條件是，按加速段數(shù)學模型計算的剪刃速度 Vr等于減速段數(shù)學模型計算的剪刃速度Vr時，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Y點時，針對剪刃位置的高速計 數(shù)器按照預設(shè)的定位中斷值，觸發(fā)主CPU中斷。中斷程序讀入測量輥計長脈沖計數(shù)器的實時 值，將剪刃位置脈沖計數(shù)器和計長脈沖計數(shù)器復位，同時加速段標志復位、同步段標志置位。
本實用新型由于釆用了通用化的電機驅(qū)動器、通用化的可編程控制器和國際通行的編程 語言，實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)飛剪的控制，解決了通訊接口的兼容性、控制功能的擴展性及與整個機列 控制的融合性、硬件維護維修的方便性、整個機列控制部分的經(jīng)濟性等問題。
本實用新型不局限于上述實施例，任何基于本實用新型的設(shè)計思想所作簡單變換，比如 將本實用新型控制裝置用于對旋轉(zhuǎn)滾筒剪的控制，均落入本實用新型的保護范圍。
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PLC可編程控制器；一個具有和PLC可編程控制器相對應(yīng)的通訊接口，方便進行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機界面；與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機相對應(yīng)的電機控制器；三個旋轉(zhuǎn)編碼器，分別為計長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測剪刃位置的旋轉(zhuǎn)編碼器和電機速度反饋旋轉(zhuǎn)編碼器；一個直流穩(wěn)壓電源；所述PLC可編程控制器運行加載的控制程序，結(jié)合對各個旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測，向電機控制器發(fā)出控制信號，電機控制器驅(qū)動控制旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機，實現(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)編碼器自動定位，控制飛剪剪刃加速 段的速度，使得剪刃進入咬合的同時，通過的帶材長度正好是需要的板材定尺，同時剪刃的 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，并準確地停在上死 點X點，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是通過的帶材實際計長脈沖數(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點為零點的剪刃位 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；所述計長檢測的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測量輥上。
專利摘要本實用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)飛剪控制裝置，包括一個具備至少兩路高速計數(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通訊接口的PLC可編程控制器；一個具有和PLC相對應(yīng)的通訊接口，方便進行數(shù)據(jù)設(shè)定與修改的HMI人機界面；與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)飛剪的驅(qū)動電機相對應(yīng)的電機控制器；三個旋轉(zhuǎn)編碼器以及一個直流穩(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”、“期望零點減速算法”的PLC控制程序。本實用新型由于采用了通用化的電機驅(qū)動器、可編程控制器和通用的編程語言，實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)飛剪的控制，解決了整個機列控制的融合性、經(jīng)濟性和硬件維護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 申請人:北京二十一世紀科技發(fā)展有限公司