西门子模块6ES516-3TN00-0AB0型号介绍
1．引言 随着裁纸行业的不断发展，裁切定位精度成了成品的关键保证，由于国内大部分的生产厂家都是采用变频器上加同步控制卡在定位精度不能准确的把握，我公司聚集了一批在工控事业奋斗的业内精英，注入国外**的技术，辅以威科人的勤奋与智慧，开发了一种在裁纸行业的伺服驱动控制器，得到业内人士肯定也在实际生产广泛的应用。 2． 设备结构 设备的结构：介绍整个设备生产过程，如图所示D1是张力控制系统，它是个磁粉离合器，卷筒纸由它来夹紧，当拉力不均匀的情况下它能够自动调节卷筒纸松紧程度，使纸张在工作过程不会被拉断或拉斜。图M2是个送纸电机它是个异步电机带编码器由变频器来控制，用变频器来调速。M1是切纸电机也是个异步电机带编码器由VEC-VB伺服控制器来控制。M3和M4是个变频电机由两个小变频器控制用来调整切完的纸张送到料斗速度快慢，这两个小电机拖着皮带运动，切好的纸张就自动放在皮带上，传到存放斗。 3．控制原理 用VEC-B驱动器内含PCMD定位功能,可以追随前一台马达的编码输出,并依照既定的比例G=(F133/F134)（即内部电子齿轮比）执行数字式的比例连动控制。 如图所示：M1电机由VEC-VB伺服控制器来控制，M2电机由变频器来控制，把M2电机PG2编码器线接到VEC-VB的控制卡上，M1电机PG1编码器也接到接到接到VEC-VB的控制卡上，当M1电机运转时PG1编码器就有脉冲输出。这脉冲就输入到VEC-VB控制，由于VEC-VB内置追踪控制卡并采用位置追踪控制模式，接受PG1输入的脉冲并依VEC内部比例联动功能通过参数F133和F134的比例执行数字式比例连动，来决定M1切纸电机输出速度。（例：M2的电机是决定送纸的速度，送纸速度越平稳M2编码器脉冲输出就越稳定，当VEC-VB接受到M2编码器脉冲输入越稳定则M1电机输出速度就越稳定栽切出来的纸张的平整度越好，M1电机带动卷筒刀转一围就对纸张栽切一次，通过改变VBC-VB内部的电子齿轮比就可以改变所要栽切纸张大小） 4．接线图： 5．人机画通讯相关设定 VEC-VB支持ModuleBus（RTU）通信格式相关参数如下： 参数名称参数号码设定值说明通信协议F．1201选择ModBus(RTU)协议通信速率F．1220/1/2可依实际需要选择：0=4800bps1=9600bps2=19200bps截止位数F．1220/1可依实际需要选择：0=1Stop Bit1=2 StopBits通信地址F1.231~8站号ParitF.1252可依实际需要选择：0=Even1=Odd2=No Parity支持相关参数的直接更改，例如比例连动值可以直接通过触摸来更改来改变所要切纸张的大小，还可以监视电流值，电压，电机的转数等。 6． 实际生产应用 采用异步电机和VEC—VB伺服（本身带有马达自学习能力）来驱动卷筒纸裁切纸电机，即用额定功率为15KW，电流值为30.7A,额定转数为1460转，电机编码器2500线的切纸电机与额定功率为15KW,电流值为32A的VB伺服相匹配。夹纸采用的是张力控制系统使送纸的速度达到恒定，这样可以确保切纸的长度**度。送纸电机是采用变频器来控制电机的特性跟切纸电机一样，其中电机编码器也是2500线。控制的原理是把送纸的驱动电机编码器当主编码器输入，切纸电机编码器当从机编码器输入，切纸电机编码器追随送纸电机编码器的脉冲输出。通过比例值F133（机械结构决定2457）和F134（设定切纸长度为700mm），在送纸速度为200米时，切纸数为150张，经测验大误差0.30mm，切完的纸用两台变频器带动两台小电机把切完的纸张送到切台上，整个切纸过程就完成。在整个切纸过程中速度快且稳。 7．变频器加同步卡和VEC-VB伺服控制器的比较 用两台同样的机械设备一台用变频器加同步卡来控制切刀电机，另一台用VEC-VB伺服控制器控制，所切的纸张同样大小，1>在速度为60米/分情况下，变频器加同步卡切出的纸精度为0.45mm,VEC-VB伺服控制器切出的纸精度为0.31mm并且切出来纸张的平整度比VEC-VB伺服器效果差。2>在速度为120米/分情况下，变频器加同步卡切出的纸精度为0.40mm,VEC-VB伺服控制器切出的纸精度为0.30mm并且切出来纸张的平整度比VEC-VB伺服器效果差。3>在速度为200米/分情况下，变频器加同步卡切出的纸精度为0.43mm,VEC-VB伺服控制器切出的纸精度为0.30mm并且切出来纸张的平整度比VEC-VB伺服器效果差,从以上的三种情况可以说明VEC-VB伺服控制器不管在低速或高速的情况系统整体稳定好,控制**度高. 8． VEC-VB伺服控制器的功能和特点 VEC-VB伺服控制器的功能: 1. 可驱动永磁无刷伺服马达、感应交流伺服马达、伺服主轴马达和感应一般交流马达。 2. 具有马达参数自学习功能，对不同马达适应性更强。 3. 多种控制模式：位置模式、速度模式、转矩限制模式。 4.在运行过程中，速度模式和位置模式可切换；在位置模式中 定位模式和追踪模式可切换。 5. 速度、转矩限制功能。 6. 电子齿轮功能。 7. 内置计数器、计时器、触发器模组；可取代简单的PLC控制。 8. 内置PID功能。 9. ModBus通讯控制。 10. 可弹性规划数字、模拟输入及输出的定义。 11.可追认印刷光标点自动修正栽切长度。 12．在S曲线加速过程中，还可作扭力补偿措施，可快速同 并减少栽切误四段S曲线（正转加/减速，反转加/减速可各设定。 VEC-VB伺服控制器的特点: 1. 可实现电机完全同步控制，比例追踪控制、定位驱动控制. 2. 拥有内部寄存器，可实现**的点对点位置控制. 3. 内置平滑曲线,可降低在机器起动、停止时产生的振动，延长机械可降低在机器起动、停止时产生的振动，延长机械的使用寿命；在速度指令迅速转折瞬间，可利用此功能达到速度与加速度的连续平稳性指令平滑曲线且追从性高。 4. 低速运转特性佳，在1rpm命令下，一回转的速度实际变动误差多只有0.5%。 5. -3000rpm至3000rpm的加速时间20ms。 6. 速度高达9000转。 7.可提供10输入点和4个输出点方便用户选择和使用，可以有用户自已定义其输入和输出。 9．结语 该项技术已成功应用，并通过相关行业的认证，且有广泛的应用前景，填补的一大空白，我们本着“爱人如已”的服务理念，凡事立足于诚信和责任，“全心全意为客户创造价值”是威科人为之不懈奋斗的目标。 |
VEC伺服系统在电脑横切机上的应用
一、 引言
随着包装行业的迅猛发展，瓦楞纸板生产线的生产效率逐年提高，主要体现在瓦楞纸板生产线后端的电脑横切机速度的大幅提高。电脑横切机的控制部分需满足的裁切长度的还要满足很高的裁切速度。其难点在于纸板处于高速运动状态，切刀的动态控制需极高的运算速度和极高的跟踪性能。变频器的控制无法达到高的裁切速度（40M/min—80M/min），裁切误差也随速度的提高而越来越大，PLC对脉冲的反馈速度也无法满足裁切精度的要求。运动控制卡加进口伺服系统的控制方式是完全可以满足精度和速度的双向要求，速度可达到200M/min—300M/min，还是有价格昂贵，供货时间长等不足之处。本文着重介绍的将运动控制卡集成在伺服驱动器之内的VEC品牌伺服驱动器在横切系统中的应用。
二、 系统组成
下图为电脑螺旋刀横切机控制简图。此系统实现旋转式同步动态裁切，上下两组裁切轮刀被伺服马达带动，各依箭头所示方向相对旋转。轮刀之上的刀刃必须作精密的调整，当上轮刀之刀刃旋转至正下方时，下刀刃恰好转至正上方，才能执行正确的裁切。每次裁切刀轮旋转一圈，便自动将材料切断一次；马达只要在相同方向连续运转，轮刀便能连续裁切。
图1：电脑螺旋刀横切机控制简图
系统组成及其功能介绍：
1、旋转式同步飞剪控制驱动系统（VEC-VBR）：
接受PLC及HMI输入的运转命令及长度设定
侦测量测轮编码器传回之脉冲，得知进料速度及进料长度。
控制伺服马达之运转速度及同步定位动作
2、人机界面（HMI）：
接受设定资料及显示运转状态
3、PLC：
处理基本之接口、互锁、连动信号
4、永磁同步伺服马达 或 感应式伺服马达：
将马达动力传送至上下裁切刀轮
5、轮刀：
上下镜射、各带刀刃的一组回转机构
6、送料检测编码器：
直接紧密的接触待切材料，靠材料之横移而带动编码器产生脉冲信号
三、工作原理
电脑横切机切纸板时，切刀运行的速度曲线因裁切长度的不同而不同，大体分三种情况：裁切长度大于两倍切刀圆周长、裁切长度大于切刀圆周长且小于两倍切刀圆周长、裁切长度小于切刀圆周长。
种情况：裁切长度大于两倍切刀圆周长
图2: 裁切长度大于两倍切刀圆周长的运转曲线
如果裁切长度大于两倍切刀圆周长，运行速度曲线如图2所示；整个裁切循环从个裁切点开始到第二个裁切点结束，重点分段说明如下：
1. VEC-VBR控制系统随时监控进料长度与进料速度并控制伺服马达带动裁切刀轮，掌握正确的裁刀速度曲线。
2. 从个裁切点开始 (裁刀方位角等于180度)，当时仍然在同步区域内，裁刀速度必须与进料速度维持同步运转。
3. 当裁切刀」离开同步区域后，裁刀速度曲线经过控制系统**的计算、控制，在降低到零速的裁刀方位角也必须刚好等于0度。
4.当进料长度累计到适当长度时，裁切刀轮开始朝进料速度目标加速；裁刀速度曲线经过控制系统**的计算、控制，务求在裁刀速度上升到与进料速度同步的裁切刀轮也恰好进入同步区域。
6. 进入同步区域之后，裁刀速度必须随时与进料速度维持同步运转，直到第二个裁切点出现，乃完成一次裁切循环。
图3: 裁切长度大于切刀圆周长且小于两倍切刀圆周长的运转曲线
如果裁切长度大于切刀圆周长且小于两倍切刀圆周长，则运行速度曲线如图3所示。基本运行速度曲线类似图2。差异如下：
1. 在整个裁切循环中，当裁切刀轮离开同步区域后，裁刀速度也会下降，但不会降速至零速停止，不存在零速区域。
2.经过VEC-VBR控制系统**的计算、控制，在裁刀速度降低到一定值之后，立刻开始再加速；务求在裁刀速度上升到与进料速度同步的裁切刀轮也恰好进入同步区域；并维持同步直到第二个裁切点出现，乃完成一次裁切循环。
3. 裁切长度越趋近切刀圆周长，则速度下降越少；当裁切长度等于切刀圆周长时，裁刀速度在整个裁切循环中都维持与进料速度完全同步
图4:裁切长度小于切刀圆周长的运转曲线
如果裁切长度小于切刀圆周长，则运行速度曲线如图4所示；基本运行速度曲线类似图3。差异如下：
1. 在整个裁切循环中，当裁切刀轮离开同步区域后，裁刀速度不降速，反而开始加速。
2.经过VEC-VBR控制系统**的计算、控制，在裁刀速度上升到一定值之后，立刻开始减速；务求在裁刀速度下降到与进料速度同步的裁切刀轮也恰好进入同步区域；并维持同步直到第二个裁切点出现，乃完成一次裁切循环。
3. 裁切长度越小，则裁刀速度上升越高，将造成马达剧烈的加减速。
四、器件选型的注意事项
VEC-VBR轮切系统基本架构中所需的主要组件是：
1. 同步伺服或感应伺服电机
必须依据系统扭力的需要，包括伺服电机、机械系统自身的惯量、效率、摩擦损耗等因素来选定适当的形式及功率。
一般选择电机时需注意：
1）低惯量惯量愈低愈好，否则会损耗许多扭力去克服自身的惯量。
2）适当的额定转速及减速比
选定电机规格时应配合减速机构一起考虑，佳的匹配是当电机运行于高转速时，即是机台切刀的高合理运转速度（考虑机械的承受力，及实际应用上的要求）。尤其是当选用的是感应式异步电机加装编码器的方式搭配时，更是要考虑适当的减速比及电机的转速配置。因为一般的异步电机的扭力输出效率大的区间是在额定转速区附近，在较低的转速区扭力输出效率相对较差；若选择1500rpm的电机，实际上仅运转于约500~600rpm的速度区间，那么就必须改变减速比，使电机运转于1100~1400rpm，或改用750rpm的电机来使用，如此才能发挥电机应有的扭力输出效率。
3） 若能采用标准伺服电机则将比使用一般感应式异步电机有更好的效果。
2. VEC-VBR驱动器
必须依据系统可能的大扭力需要和选定的伺服电机大额定电流来选定。驱动器必须有回升放电功能，可以外接放电电阻（内含放电回路的机型）或外加煞车制动器再接放电电阻（无放电回路的机型）；详细内容请咨询本公司技术服务咨询人员。
3. 主线速度测量编码器
依据精度要求及机械参数来选定。编码器的选定规格需注意：
1）工作电压5V
2）输出部分是线驱动（Line Drive），差动式信号，增量型。
3）有A，/A，B，/B的信号。
4） 配合测量轮的外径及减速比，测量精度需能合乎裁切精度的要求。
若采用1024ppr的编码器，配合圆周为400mm的测量轮，如果减速比是1，其测量精度是400/1024*2=0.78mm，可应用于±1mm精度要求的测量，但不适用于±0.8mm以下精度要求的测量。要提高测量精度，则必须提高编码器精度，或增加减速比，以提高单位长度中的脉波输出量。
4. 人机界面
可规划适合的操作画面，以便于资料输入，动作切换，系统监视。
5. 切点近接开关
切点近接开关信号的**度直接影响裁切的精度。切点信号必须能有**的重复性和稳定性，其重点在于能确保在高速运转中，**的重复标示出切刀切断时的角度位置；信号输出的延迟时间、感应位置的误差量，都会造成控制上的误差。
选择的考虑点：
1）工作电压24V。
2）输出信号电压24V。
3）切断信号必须是脉冲式的信号。
4）输出迟延时间愈小愈好。
如果延迟时间小于3usec，表示大可能的误差在进料线速度为100米/分时为：
100,000mm/60,000,000us*3us*2=0.01mm
5）感应位置的重复性愈愈好。
6）感应角度愈窄愈好。
7）若要更高的精度，则必须采用编码器的Z点信号取代一般的近接型开关。
五、结束语
上述电脑螺旋刀横切系统切纸速度可达200M/min切纸速度控制在0.5MM.。全自动高速螺旋刀横切系统高效率、高精度、高可靠性；可选择定长横切、色标跟踪横切，可自动换单、选择换单。大大提高了生产效率。