專利名稱：數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)控飛鋸機(jī)組用的位置控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自動同步跟蹤往復(fù)運(yùn)動的數(shù)控飛鋸機(jī)組是金屬管材、型材、棒材、卷材及木材等連續(xù)生產(chǎn)線中進(jìn)行在線計(jì)長定尺并剪切的基礎(chǔ)自動化設(shè)備，其包括機(jī)械設(shè)備和電控設(shè)備兩大部分。要精確地剪切快速運(yùn)動中的管材，剪切工具必須與機(jī)組的運(yùn)動精確協(xié)調(diào)，這就需要一個高動態(tài)性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制電機(jī)。尤其是在機(jī)組速度變化時，生產(chǎn)工藝要求剪切工具必須與機(jī)組線速度保持同步跟蹤的情況下來進(jìn)行定尺剪切。
我國上世紀(jì)80年代初開始引進(jìn)高頻焊管、冷彎型鋼機(jī)組，早期引進(jìn)的奧鋼聯(lián)生產(chǎn)的冷彎型鋼機(jī)組(二手設(shè)備)，其中數(shù)控飛鋸電氣系統(tǒng)由西門子公司生產(chǎn)的，它是一個全閉環(huán)控制的系統(tǒng)。由于受當(dāng)時技術(shù)水平的限制，大部分電子器陣是分立元件，而且其脈沖當(dāng)量為1mm，整個控制系統(tǒng)可靠性較差，定尺誤差較大，在±10mm以上。八十年代中、后期及九十年代我國引進(jìn)的高頻焊管、冷彎型鋼機(jī)組所配置的數(shù)控飛鋸都是半閉環(huán)控制系統(tǒng)，脈沖當(dāng)量在0.1mm或更小。實(shí)物定尺誤差±3mm以內(nèi)，符合英國BS標(biāo)準(zhǔn)中鋼管定尺要求。我國在九十年代初期開始批量生產(chǎn)數(shù)控飛鋸，目前均生產(chǎn)半閉環(huán)位置控制的數(shù)控飛鋸系統(tǒng)。
目前，我國80％以上的高頻焊管、冷彎機(jī)組仍在采用傳統(tǒng)的氣動飛鋸。其定尺誤差大(一般在±20mm以上)，耗能大，機(jī)械壽命短。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于其位置檢測編碼器與飛鋸小車電機(jī)連在一體，安裝、調(diào)試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，所以在數(shù)控飛鋸上廣泛應(yīng)用。但是半閉環(huán)系統(tǒng)對于飛鋸小車位移是間接方法測量的，所以對機(jī)械傳動的間隙等誤差無法控制。同時由于國內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)控飛鋸電氣控制系統(tǒng)硬件復(fù)雜集成度低，導(dǎo)致可靠性差，穩(wěn)定性差，阻礙了數(shù)控飛鋸在我國的推廣和應(yīng)用。
本專利申請人曾研發(fā)了全閉環(huán)二次定尺的全數(shù)字交流伺服控制的PS-76-80型飛鋸機(jī)。該飛鋸采用全套日本三菱電機(jī)的PLC(含高速計(jì)數(shù)、人機(jī)接口、脈沖指令定位控制等)及交流伺服系統(tǒng)，它的一次定尺仍采用傳統(tǒng)的氣動飛鋸，根據(jù)一次定尺夾緊，強(qiáng)迫同步后采樣得到長度誤差值△L，然后控制交流伺服電機(jī)驅(qū)動鋸片小車移動△L距離，來達(dá)到二此精確定尺的目的。其定尺精度得以保證的前提是采樣得到的△L必須是一個不變值，這一要求對于氣動飛鋸來說是較為困難的，不易保證，難以真正達(dá)到實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種硬件簡單，系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定性好，其控制精度可達(dá)到實(shí)用要求的數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案一種數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)，其特征在于它由可編程控制器、人機(jī)接口裝置和驅(qū)動裝置及接口板組成，其中，可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端接有兩個旋轉(zhuǎn)編碼器，它們分別設(shè)置在數(shù)控飛鋸機(jī)組的靠近數(shù)控飛鋸小車附近的機(jī)組對應(yīng)固定位置和數(shù)控飛鋸小車電機(jī)后端位置上，在可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端還設(shè)有金屬碼盤旋轉(zhuǎn)編碼器，它設(shè)置在數(shù)控飛鋸小車的固定位置，可編程控制器的串行通訊口與人機(jī)接口裝置的串行通訊口相連，驅(qū)動裝置的輸出接數(shù)控飛鋸機(jī)組中數(shù)控飛鋸小車的直流電機(jī)；接口板由電平轉(zhuǎn)換電路、脈沖整形電路、比例低通網(wǎng)絡(luò)、比例加法器構(gòu)成，電平轉(zhuǎn)換電路的輸入與可編程控制器的高速輸出端相連，其輸出與脈沖整形電路的輸入相連，脈沖整形電路的輸出與比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸入相連，比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸出與比例加法器的信號輸入相連，比例加法器的調(diào)零輸入端接調(diào)零偏置電路，比例加法器的輸出接驅(qū)動裝置的模擬輸入端。
本實(shí)用新型系統(tǒng)兼容了半閉環(huán)和全閉環(huán)兩種位置控制方式。半閉環(huán)采取傳統(tǒng)的兩個旋轉(zhuǎn)編碼器控制方式。全閉環(huán)在半閉環(huán)基礎(chǔ)上增加了一個固定在運(yùn)行的飛鋸床身上使用金屬碼盤編碼器的三個旋轉(zhuǎn)編碼器控制方式。本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)中采用西門子通用可編程控制器S7-200，人機(jī)接口TD200，歐陸SSD-590直流驅(qū)動裝置以及為此配置設(shè)計(jì)的專用接口板組成一個可靠、穩(wěn)定、低成本的硬件平臺。為此硬件平臺設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序(S7-200)、組態(tài)軟件設(shè)置(TD200，SSD-590)，使本控制系統(tǒng)達(dá)到了BS標(biāo)準(zhǔn)中鋼管定尺要求的控制精度。本實(shí)用新型根據(jù)多年生產(chǎn)數(shù)控飛鋸的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，比照了現(xiàn)有國內(nèi)外數(shù)控飛鋸的各種技術(shù)方案，確定采用一次定尺電動的半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的數(shù)控飛鋸控制方式。首先選擇金屬碼盤的編碼器，設(shè)計(jì)專用的測量輥裝置和導(dǎo)向約束裝置以及傳統(tǒng)氣動飛鋸上原有的夾緊裝置來適應(yīng)飛鋸小車運(yùn)行剪切時的振動和沖擊，從而實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時采用西門子公司微型通用可編程控制器S7-200，歐陸公司590全數(shù)字直流驅(qū)動裝置，再配置一塊接口板，組成了電氣控制的硬件設(shè)備。S7-200、590均已有CE標(biāo)志及UL認(rèn)證，其產(chǎn)品質(zhì)量是無可置疑的，其硬件簡單，系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定性好，控制精度可達(dá)到實(shí)用要求。


圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型接口板的具體電原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1，本實(shí)用新型的數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)，它由可編程控制器(如采用西門子公司生產(chǎn)的型號為S7-200的可編程控制器)、人機(jī)接口裝置(如采用西門子公司生產(chǎn)的型號為TD200的人機(jī)接口裝置)和驅(qū)動裝置及接口板組成，驅(qū)動裝置可以是直流驅(qū)動裝置，如英國歐陸公司生產(chǎn)的型號為SSD-590直流驅(qū)動轉(zhuǎn)置，也可采用交流伺服驅(qū)動裝置。其中，可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端接有兩個旋轉(zhuǎn)編碼器1PG、2PG，它們分別設(shè)置在數(shù)控飛鋸機(jī)組的靠近數(shù)控飛鋸小車附近的機(jī)組對應(yīng)固定位置和數(shù)控飛鋸小車電機(jī)D的后端位置上，在可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端還設(shè)有金屬碼盤旋轉(zhuǎn)編碼器3PG(型號可為ZKT-20-102.4B，由長春第一光學(xué)儀器廠生產(chǎn))，它設(shè)置在數(shù)控飛鋸小車的固定位置，用來檢測運(yùn)行鋼管和數(shù)控飛鋸小車的相對位移，可編程控制器的串行通訊口與人機(jī)接口裝置的串行通訊口相連，驅(qū)動裝置的輸出接數(shù)控飛鋸機(jī)組中數(shù)控飛鋸小車的直流電機(jī)D；接口板由電平轉(zhuǎn)換電路、脈沖整形電路、比例低通網(wǎng)絡(luò)、比例加法器構(gòu)成，電平轉(zhuǎn)換電路的輸入與可編程控制器的高速輸出端相連，其輸出與脈沖整形電路的輸入相連，脈沖整形電路的輸出與比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸入相連，比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸出與比例加法器的信號輸入相連，比例加法器的調(diào)零輸入端接調(diào)零偏置電路，比例加法器的輸出接驅(qū)動裝置的模擬輸入端。
如圖2，本實(shí)用新型的接口板可由運(yùn)放Q2-Q4，反相器Q1A-Q1D，電阻R1-R13，電位器W1-W3，電容C1-C2構(gòu)成，電阻R1依次與反相器Q1A、Q1B和電阻R3串接，在R1與Q1A之間接電阻R2，R2另一端接浮地，R1另一端接可編程控制器的對應(yīng)高速輸出端Q0.0，R3另一端接運(yùn)放Q2的反相輸入端，Q2的同相輸入端通過電阻R4接浮地，在Q2的反相輸入端和輸出端之間并接有電容C1和電位器W1，Q2的輸出通過電阻R5接運(yùn)放Q4的反相輸入端，Q4的同相輸入端通過電阻R13接浮地，Q4的反相輸入端和輸出端之間接有電阻R12，同理，R6依次與Q1C、Q1D和R8串接，在R6和Q1C之間通過R7接浮地，R6另一端接可編程控制器的高速輸出端Q0.1，R8另一端接Q3的反相輸入端，Q3的同相輸入端通過R9接浮地，Q3的反相輸入端和輸出端之間并接有C2和W2，Q3的輸出通過R10接Q4的反相輸入端，電位器W3和電阻R11組成調(diào)零偏置電路，W3一端接電源VC，另一端接浮地，其中心調(diào)節(jié)端通過R11接Q4的反相輸入端，Q4的輸出接直流驅(qū)動裝置的模擬輸入端A3口。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)采用了西門子公司微型通用可編程控制器PLC S7-200和人機(jī)接口TD200及歐陸公司590系列全數(shù)字直流驅(qū)動裝置。PLC的穩(wěn)定、可靠、安全、電磁兼容好是眾所周知的，雖然S7-200有較為豐富的數(shù)據(jù)控制的軟件，但其仍是一個微型通用的基礎(chǔ)自動化裝置，但控制精度仍顯不夠。要滿足數(shù)控飛鋸的控制精度(即6米標(biāo)準(zhǔn)定尺，誤差精度±1mm內(nèi)，可知其同步定位精度誤差在±0.0167％以內(nèi))，其關(guān)鍵在于建立正確的數(shù)學(xué)模型，并由此進(jìn)行有效的補(bǔ)償校正來提高控制精度。本實(shí)用新型的系統(tǒng)已在Φ133高頻焊管機(jī)組中成功應(yīng)用，實(shí)物定尺在±1mm左右，優(yōu)于BS標(biāo)準(zhǔn)中鋼管定尺要求。本實(shí)用新型系統(tǒng)的主要電氣技術(shù)指標(biāo)如下
1、定尺精度誤差±1mm(在機(jī)械完好情況下，實(shí)物定尺誤差±3mm以內(nèi)，可滿足BS標(biāo)準(zhǔn))2、工作速度15m/min～85m/min(還可根據(jù)用戶要求來確定)3、切料長度設(shè)定范圍3m～20m(或更長)4、允許剪切次數(shù)14次/min5、工作環(huán)境溫度0～40℃6、相對濕度5～85％。
本實(shí)用新型系統(tǒng)向前運(yùn)行時的半閉環(huán)位置自動控制工作原理如下1、脈沖當(dāng)量與乘法系數(shù)S7-200可編程控制器的CPU中集成的高速計(jì)數(shù)器，速度高達(dá)30KHZ，高速計(jì)數(shù)的總數(shù)可以多達(dá)6個，不重疊的A/B正交計(jì)數(shù)器可以達(dá)到4個。而數(shù)控飛鋸控制系統(tǒng)一般需要A/B正交計(jì)數(shù)器的數(shù)量為2-3個，所以特別吻合。
脈沖當(dāng)量越小意味著對增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖分辨率的要求越高，成本也越高。一般來說，脈沖當(dāng)量的選擇應(yīng)和控制系統(tǒng)的精度要求相吻合，本實(shí)用新型的系統(tǒng)選擇脈沖當(dāng)量為0.1mm。增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖分辨率的最大值為每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)乘上四倍，S7-200高速計(jì)數(shù)器對A/B正交計(jì)數(shù)器速率選擇可以有兩種，一倍頻和四倍頻。本實(shí)用新型選擇了四倍頻，這樣可以降低編碼器的成本，在半閉環(huán)位置控制的數(shù)控飛鋸系統(tǒng)中需配置兩個編碼器。一個為安裝在機(jī)組固定位置(靠近飛鋸小車位置)的測量輥1編碼器1PG，管材和測量輥直接接觸，前進(jìn)(或后退)的管材帶動測量輥使其編碼器1PG同步運(yùn)轉(zhuǎn)，在半閉環(huán)系統(tǒng)中，測量輥1編碼器擔(dān)負(fù)兩個作用(一)測量管材通過測量輥的實(shí)際位移。(二)測量管材通過測量輥時的機(jī)組線速度。另一個為間接反映飛鋸小車實(shí)際位移的編碼器2PG(一般安裝在飛鋸小車電機(jī)后端或者機(jī)械減速裝置上)。
測量輥編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)的選擇比如測量輥圓周長為400mm，那么每轉(zhuǎn)給計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)應(yīng)為400mm/0.1mm＝4000(p/r)，由于選擇了四倍頻，所以編碼器實(shí)際上選擇每轉(zhuǎn)輸出1000脈沖數(shù)的編碼器即可。由于金屬測量輥長期磨損，直徑減小，那么不作修正的情況下，脈沖當(dāng)量將小于0.1mm。為了保證脈沖當(dāng)量仍為0.1mm不變，這就需要采用乘法系數(shù)的方式來修正。如果圓周長磨損后變?yōu)?98mm，而編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)仍為1000(p/r)，四倍頻后仍為4000(p/r)，為保證0.1mm脈沖當(dāng)量，經(jīng)計(jì)數(shù)器和乘法系數(shù)K1后的脈沖數(shù)定為3980(p/r)，這樣應(yīng)選擇4000×K1＝3980，K1＝0.995。乘法系數(shù)K1可以通過人機(jī)接口TD200隨時更改。一般乘法系數(shù)選擇在0.8～1范圍內(nèi)。
如果選擇機(jī)組的最大線速度為100m/min，對應(yīng)飛鋸小車電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500r/min時，那么在機(jī)組最大線速度時，飛鋸小車要達(dá)到同步跟蹤，即每轉(zhuǎn)一圈應(yīng)為66.67mm(100m/min÷1500r/min＝66.67mm/r)，飛鋸小車脈沖當(dāng)量仍為0.1mm，那么每轉(zhuǎn)一圈對應(yīng)666.7個脈沖數(shù)，選擇四倍頻計(jì)數(shù)，則編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)應(yīng)為166.67(666.7÷4)。而編碼器生產(chǎn)廠并沒有這種規(guī)格，為保證脈沖分辨率只有選擇大于166.67脈沖數(shù)的編碼器，可以選擇每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)為200的編碼器。為了得到0.1mm的脈沖當(dāng)量，確定乘法系數(shù)K2即200×4×K2＝666.7可得K2＝0.833375。K2精確確定后在運(yùn)行時一般不再改變。
2、飛鋸運(yùn)行時的基本運(yùn)算公式由人機(jī)接口TD200設(shè)定長度參數(shù)N1，可以隨時根據(jù)長度設(shè)定來更改此參數(shù)；由測量輥編碼器輸出的脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)器1和乘法系數(shù)K1得到的數(shù)值N2；由電機(jī)后端編碼器輸出的脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)器和乘法系數(shù)K2得到的數(shù)值N3。飛鋸在運(yùn)行時的基本運(yùn)算公式為△N＝N1-N2+N3。其中N2＝1PG管材向前脈沖-1PG管材向后脈沖；N3＝2PG電機(jī)小車向前脈沖-2PG電機(jī)小車向后脈沖。
3、非線性處理知道在各種起、制動的特性中，只有直線加速特性是起動距離最短的。即當(dāng)機(jī)組速度一定時，如果飛鋸小車速度低于機(jī)組速度，則飛鋸應(yīng)以一恒定的加速度加速，直到同步為止。如果飛鋸小車速度高于機(jī)組速度，則飛鋸將以一恒定的速度變化率制動，直到同步為止。這正是所需要的快速過渡特性。由此根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到為使控制系統(tǒng)具有直線加、減速過渡特性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是應(yīng)具有開平方的非線性特性，即VA=±±K(ΔN).]]>4、機(jī)組線速度測量由測量輥編碼器輸出的脈沖頻率F對應(yīng)為機(jī)組線速度。采用定時中斷，用一定的采樣時間來得到脈沖數(shù)的變化量，從而計(jì)算出對應(yīng)的線速度大小的數(shù)值VB，VB＝KFV(△P/△t)，△P為一定時間間隔△t內(nèi)脈沖增量。VB是作為控制系統(tǒng)的前饋補(bǔ)償作用，所以其對于提高控制系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)品質(zhì)十分重要。
5、13位D/A轉(zhuǎn)換S7-200 CPU中集成的高速脈沖輸出，最高速率可達(dá)20KHZ。本實(shí)用新型采用S7-200中高速輸出指令PWM發(fā)生器，定時中斷。每隔一定時間采樣(VB-VA)＝VC值，作為PWM發(fā)生器的脈寬值來進(jìn)行PWM操作，從而來控制飛鋸小車向前運(yùn)行。用此方式已經(jīng)成功的做到了13位D/A轉(zhuǎn)換，以滿足控制系統(tǒng)的精度要求。13位D/A轉(zhuǎn)換的精度已可以和西門子公司6RA70(12位D/A)和歐陸590(10位D/A)等相匹配，當(dāng)然根據(jù)需要可以做到比13位D/A精度更高的D/A轉(zhuǎn)換器。
6、歐陸590全數(shù)字直流可逆驅(qū)動裝置英國歐陸傳動裝置有限公司(EUROTHERM)生產(chǎn)的SSD-590系列全數(shù)字直流可逆驅(qū)動裝置，是目前同類原裝進(jìn)口產(chǎn)品中價位較低的，此裝置可供二次開發(fā)的組態(tài)軟件較為豐富。SSD-590除了可以作為直流傳動用外，還可以作為直流伺服裝置用，這是由于其橋轉(zhuǎn)換死區(qū)時間較小，并且其模擬輸入A3的輸入采樣時間僅為3ms，濾波器僅為1ms，是專供直流伺服用的模擬輸入口。歐陸590在數(shù)控飛鋸控制系統(tǒng)中的使用已有數(shù)年，應(yīng)該說可以滿足飛鋸快速伺服和控制精度。若速度給定最大值為10V，對應(yīng)機(jī)組最大線速度100m/min(1.6667m/s)，直流驅(qū)動裝置的傳遞函數(shù)KST＝1.6667m/s÷10V＝0.16667m/vs。
S7-200和SSD-590的接口可以有二種方式，一種是通過通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)的傳送，但是價格昂貴。另一種方式D/A轉(zhuǎn)換，價格低，S7-200為D/A轉(zhuǎn)換，SSD-590內(nèi)再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。雖然13位D/A的轉(zhuǎn)換精度已足夠二者的匹配有余，但是由于模擬系統(tǒng)固有的零點(diǎn)漂移，從而導(dǎo)致控制精度下降。本實(shí)用新型采用了第二種D/A轉(zhuǎn)換方式，為了克服零點(diǎn)漂移，在S7-200中采取了補(bǔ)償校正，效果很好，達(dá)到了相當(dāng)高的控制精度。所以整個方案成本較為低廉，并保證了控制精度。這是目前S7-200和SSD-590之間最為簡單的接口方式之一。
7、接口板S7-200高速輸出的PWM信號雖然開關(guān)頻率較高，但仍需要經(jīng)過平滑電路平滑后才能和SSD-590的模擬輸入相匹配。接口板電原理圖見圖2。
R1、R2(R6、R7)為電平轉(zhuǎn)換電路；Q1為脈沖整形；Q2、Q3為比例、低通網(wǎng)路；Q4為比例加法器；W1、W2調(diào)整比例系數(shù)；W3調(diào)零。
上述綜合分析了飛鋸小車向前運(yùn)行的各部分內(nèi)容，要保證半閉環(huán)往復(fù)式同步跟蹤型數(shù)控飛鋸的電氣控制精度的必要條件為兩個其一是剪切時同步跟蹤，其二是剪切時保證精確計(jì)量定尺。在機(jī)組線速度VB正確檢測的情況下，要滿足同步跟蹤并精確定尺，應(yīng)滿足VA＝0，從而VC＝VB。VA＝0即△N＝0。所以可以在達(dá)到同步跟蹤(VC＝VB)情況下精確定尺(VA＝0，△N＝0)。以較為典型的情況為例，在機(jī)組線速度恒定的情況下，飛鋸在整個向前向后運(yùn)行的一個工作周期中，小車向前跑出多少距離再回歸多少距離，所以△N3＝0，由此得到△N＝0時，N1＝N2，達(dá)到精確定尺。在飛鋸實(shí)際工作時，需要小車的回歸精度，但是這只是為了飛鋸在長時間運(yùn)行時小車回歸位置不漂移而已，而實(shí)際上小車的回歸精度與精確定尺并無關(guān)聯(lián)，嚴(yán)格地說，上述解釋△N3＝0時定尺精度的分析，只是一種特定情況。正確的理解定尺原理，應(yīng)該是在一個工作周期內(nèi)根據(jù)管材位移，小車向前、向后位移來精確計(jì)算長度設(shè)定的待切點(diǎn)。所以在一個工作周期中即使△N3≠0，飛鋸的定尺仍應(yīng)該是精確的。這個控制系統(tǒng)是以抬鋸?fù)戤叴_認(rèn)后為一個工作周期的起始，這點(diǎn)對于分析同步定尺十分重要，所有的數(shù)據(jù)都是以此時開始計(jì)算的。本實(shí)用新型系統(tǒng)向后運(yùn)行時的半閉環(huán)位置自動控制工作原理如下飛鋸在同步跟蹤并達(dá)到精確定尺要求后進(jìn)行夾緊剪切，剪切結(jié)束抬鋸后，則飛鋸控制系統(tǒng)切換到向后回歸運(yùn)行，根據(jù)小車向前運(yùn)行多少距離就向后回歸多少距離的控制原理，并且小車回歸過渡特性具有和小車向前相同的恒速率特性，來實(shí)現(xiàn)返回控制。
本實(shí)用新型系統(tǒng)全閉環(huán)位置自動控制系統(tǒng)的工作原理如下
要構(gòu)成一個全閉環(huán)系統(tǒng)，首先要解決用直接方式來檢測小車的位移問題?？紤]將測量輥裝置(含編碼器)由機(jī)組固定位置改換到安裝在飛鋸小車的床身的固定位置上，由于管材和測量輥2直接接觸，該測量輥2固定在飛鋸床身上，又隨飛鋸小車運(yùn)動而運(yùn)動，所以該測量輥編碼器實(shí)際測量的是管材和飛鋸小車的位移，其綜合了管材位移、小車向前位移、小車向后位移。所以從定尺長度測量的角度來說，全閉環(huán)系統(tǒng)中3PG的作用是半閉環(huán)系統(tǒng)中1PG(管材長度測量)和2PG(間接反映小車位移)二者的疊加。
全閉環(huán)系統(tǒng)從根本上克服了半閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械誤差。其次，由于只使用一個編碼器來作位移測量，從而也從根本上克服了半閉環(huán)系統(tǒng)中由于測量輥磨損后未及時更新乘法系數(shù)，導(dǎo)致測量輥編碼器脈沖當(dāng)量小于電機(jī)后端編碼器脈沖當(dāng)量。這樣在半閉環(huán)系統(tǒng)中，同步跟蹤剪切時，由于二者脈沖當(dāng)量的不一致，從而導(dǎo)致位移的不一致，而同步跟蹤是要保證在△N＝0上下動態(tài)平衡的，所以在脈沖當(dāng)量不一致表現(xiàn)嚴(yán)重時，剪切的管材從上到下為一個斜坡狀，俗稱為“斜頭”。這種情況在機(jī)組線速度高，管材的截面積大時表現(xiàn)更為突出。
要做好全閉環(huán)系統(tǒng)，關(guān)鍵在于安裝在飛鋸機(jī)械床身的測量輥編碼器要能經(jīng)得起振動、沖擊，一般來說采用玻璃光柵的編碼器是不堪一擊的。這里要解決兩個問題，其一是要求飛鋸在運(yùn)行剪切時產(chǎn)生盡可能小的振動和沖擊。其二是有效的提高編碼器的抗振、抗沖擊能力。本實(shí)用新型在系統(tǒng)中采用了金屬碼盤增量型編碼器來有效的提高編碼器本身的抗振、抗沖擊能力。在全閉環(huán)系統(tǒng)中，在飛鋸小車運(yùn)行時，安裝在飛鋸床身上的測量輥，其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度已不能反映機(jī)組的線速度，在飛鋸小車和機(jī)組線速度同步跟蹤時，該測量輥2速度低于機(jī)組線速度。同步時，測量輥2不運(yùn)轉(zhuǎn)，所以很顯然已不能用3PG來測量線速度，所以仍保留了1PG，僅利用1PG來作線速度測量用。2PG在全閉環(huán)系統(tǒng)中也仍保留作為后向精確回歸用。全閉環(huán)系統(tǒng)后向原理與半閉環(huán)相同。保留1PG、2PG另一目的在于本實(shí)用新型的系統(tǒng)是一個半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的自動控制系統(tǒng)，在PLC控制程序中已經(jīng)兼容了半閉環(huán)、全閉環(huán)兩種控制方式，用戶只需要在操作臺面板上通過“半/全”轉(zhuǎn)換開關(guān)即可改變PLC一個輸入點(diǎn)的狀態(tài)，達(dá)到切換兩種控制方式的目的。這樣可以給用戶帶來很大的便利。用戶可以在飛鋸機(jī)械設(shè)備良好的情況下使用半閉環(huán)系統(tǒng)，以求得到系統(tǒng)穩(wěn)定的高精度。當(dāng)飛鋸機(jī)械設(shè)備磨損嚴(yán)重、半閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)物定尺誤差鉸大時，可以改用全閉環(huán)系統(tǒng)，提高實(shí)物定尺精度，從而相應(yīng)的延長了機(jī)械使用的壽命。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)，其特征在于它由可編程控制器、人機(jī)接口裝置和驅(qū)動裝置及接口板組成，其中，可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端接有兩個旋轉(zhuǎn)編碼器，它們分別設(shè)置在數(shù)控飛鋸機(jī)組的靠近數(shù)控飛鋸小車附近的機(jī)組對應(yīng)固定位置和數(shù)控飛鋸小車電機(jī)后端位置上，在可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端還設(shè)有金屬碼盤旋轉(zhuǎn)編碼器，它設(shè)置在數(shù)控飛鋸小車的固定位置，可編程控制器的串行通訊口與人機(jī)接口裝置的串行通訊口相連，驅(qū)動裝置的輸出接數(shù)控飛鋸機(jī)組中數(shù)控飛鋸小車的直流電機(jī)；接口板由電平轉(zhuǎn)換電路、脈沖整形電路、比例低通網(wǎng)絡(luò)、比例加法器構(gòu)成，電平轉(zhuǎn)換電路的輸入與可編程控制器的高速輸出端相連，其輸出與脈沖整形電路的輸入相連，脈沖整形電路的輸出與比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸入相連，比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸出與比例加法器的信號輸入相連，比例加法器的調(diào)零輸入端接調(diào)零偏置電路，比例加法器的輸出接驅(qū)動裝置的模擬輸入端。
2.按權(quán)利要求1所述的數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動裝置或是直流驅(qū)動裝置，或采用交流伺服驅(qū)動裝置。
3.按權(quán)利要求1所述的數(shù)控飛鋸機(jī)組用半閉環(huán)、全閉環(huán)兼容的位置控制系統(tǒng)，其特征在于所述接口板由運(yùn)放Q2-Q4，反相器Q1A-Q1D，電阻R1-RB，電位器W1-W3，電容C1-C2構(gòu)成，電阻R1依次與反相器Q1A、Q1B和電阻R3串接，在R1與Q1A之間接電阻R2，R2另一端接地，R1另一端接可編程控制器的對應(yīng)高速輸出端Q0。0，R3另一端接運(yùn)放Q2的反相輸入端，Q2的同相輸入端通過電阻R4接浮地，在Q2的反相輸入端和輸出端之間并接有電容C1和電位器W1，Q2的輸出通過電阻R5接運(yùn)放Q4的反相輸入端，Q4的同相輸入端通過電阻R13接浮地，Q4的反相輸入端和輸出端之間接有電阻R12，同理，R6依次與Q1C、Q1D和R8串接，在R6和Q1C之間通過R7接浮地，R6另一端接可編程控制器的高速輸出端Q0。1，R8另一端接Q3的反相輸入端，Q3的同相輸入端通過R9接浮地，Q3的反相輸入端和輸出端之間并接有C2和W2，Q3的輸出通過R10接Q4的反相輸入端，電位器W3和電阻R11組成調(diào)零偏置電路，W3一端接電源VC，另一端接浮地，其中心調(diào)節(jié)端通過R11接Q4的反相輸入端，Q4的輸出接直流驅(qū)動裝置的模擬輸入端A3口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種數(shù)控飛鋸機(jī)組用的位置控制系統(tǒng)，它由可編程控制器、人機(jī)接口裝置和驅(qū)動裝置及接口板組成，其中，可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端接有兩個旋轉(zhuǎn)編碼器，它們分別設(shè)置在數(shù)控飛鋸機(jī)組的對應(yīng)固定位置和數(shù)控飛鋸小車電機(jī)后端位置上，在可編程控制器的高速計(jì)數(shù)輸入端還設(shè)有金屬碼盤旋轉(zhuǎn)編碼器，它設(shè)置在數(shù)控飛鋸小車的固定位置，可編程控制器的串行通訊口與人機(jī)接口裝置的串行通訊口相連，驅(qū)動裝置的輸出接數(shù)控飛鋸機(jī)組中數(shù)控飛鋸小車的直流電機(jī)；接口板由電平轉(zhuǎn)換電路、脈沖整形電路、比例低通網(wǎng)絡(luò)、比例加法器構(gòu)成，電平轉(zhuǎn)換電路的輸入與可編程控制器的高速輸出端相連，其輸出與脈沖整形電路的輸入相連，脈沖整形電路的輸出與比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸入相連，比例低通網(wǎng)絡(luò)的輸出與比例加法器的信號輸入相連，比例加法器的調(diào)零輸入端接調(diào)零偏置電路，比例加法器的輸出接驅(qū)動裝置的模擬輸入端。
文檔編號G05B19/18GK2604262SQ03219920
公開日2004年2月25日 申請日期2003年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月18日
發(fā)明者童自惠 申請人:童自惠