張亮亮，張媛，翟迎麗（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116033）

伺服控制系統(tǒng)在壓延機(jī)擺料控制中的應(yīng)用

張亮亮，張媛，翟迎麗
（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116033）

主要介紹壓延機(jī)擺料控制系統(tǒng)的控制方法及其創(chuàng)新點(diǎn)，論述了伺服放大器與三菱CPU光纖通訊、伺服技術(shù)在橡膠四輥壓延線的擺料裝置中的應(yīng)用。

三菱QCPU；光纖通訊；GT觸摸屏；擺料裝置；伺服驅(qū)動(dòng)器；速度控制

近年來隨著伺服控制技術(shù)的飛速發(fā)展，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置等。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。以往的擺料裝置都是使用的普通交流電機(jī)，由于需要頻繁的往復(fù)啟動(dòng)運(yùn)行使得壽命要比壓延機(jī)中其他電機(jī)短很多，需得經(jīng)常維修電機(jī)，即浪費(fèi)精力、時(shí)間也需要相當(dāng)多的維護(hù)費(fèi)用。采用伺服控制系統(tǒng)的擺料裝置憑借著高精度高效往復(fù)等特點(diǎn)能夠更可靠，更精確的連續(xù)運(yùn)行。

1　控制系統(tǒng)的先進(jìn)性

本伺服控制系統(tǒng)采用MELSERVO系列伺服電機(jī)，MR系列伺服放大器和三菱QCPU，MELSERVO系列伺服電機(jī)采用了分辨率為262 144脈沖/轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置編碼器，可以進(jìn)行更高精度的控制。此外，本套控制系統(tǒng)具備通信功能，可以使用裝有伺服設(shè)置軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)，進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定、試運(yùn)行、狀態(tài)顯示的監(jiān)控和增益調(diào)整等。本產(chǎn)品可以使用最大1 Mpps的高速脈沖串對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向進(jìn)行控制，執(zhí)行分辨率為262 144脈沖/轉(zhuǎn)的高精度定位。當(dāng)指令脈沖急劇變化時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的啟動(dòng)和停止。由于急劇加減速或過載產(chǎn)生的主電路過流會(huì)影響功率晶體管，所以伺服放大器采用了嵌位電路以限制轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩的限制可用通過外部模擬量輸入或參數(shù)設(shè)置的方式調(diào)整。通過外部模擬量轉(zhuǎn)矩輸入指令（DC0～±8 V）或參數(shù)設(shè)置的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩指令可以控制伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。具有速度限制功能（外部或內(nèi)部設(shè)定），可以防止無負(fù)載時(shí)電機(jī)速度過高，本功能可用于力矩控制等場合。

壓延機(jī)擺料裝置共兩套，分別安裝在2#、3#輥包膠處。擺料裝置是采用刀輪式結(jié)構(gòu)，由無桿絲杠驅(qū)動(dòng)往復(fù)動(dòng)作。在絲杠的兩端有2個(gè)接近開關(guān)。只需要控制電機(jī)的方向，當(dāng)?shù)遁單恢玫竭_(dá)接近開關(guān)位置時(shí)電機(jī)反向運(yùn)行。同時(shí)可設(shè)定安全有效的擺動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制，保證操作者的安全。

2　系統(tǒng)的整體構(gòu)成和方案設(shè)計(jì)

2.1電氣主控系統(tǒng)

下面以壓延機(jī)擺料裝置為例，來講述一下：電氣控制系統(tǒng)采用三菱Q系列可編程控制器。中央處理器為Q02H，伺服放大器為MR-J4-100B，伺服電機(jī)采用HG-SR102J，可靠性高，速度快。通過伺服放大器用通訊電纜將伺服電機(jī)和PLC連接起來。伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)間則是通過專用電纜連接，包括電機(jī)線和編碼器反饋線。伺服放大器所有參數(shù)全部通過PLC編程修改。設(shè)備兩端安裝兩個(gè)接近開關(guān)，采集信號(hào)控制伺服電機(jī)切換方向，以保證可靠精準(zhǔn)的擺動(dòng)幅度。同時(shí)擺料伺服電機(jī)的速度控制和力矩安全保護(hù)都可以通過觸摸屏方便修改，以適應(yīng)不同工藝的要求。控制系統(tǒng)見圖1。

圖1　控制系統(tǒng)框圖

2.2軟件編程

伺服放大器接收到指令后，將發(fā)出應(yīng)答信息。發(fā)出指令的裝置（個(gè)人計(jì)算機(jī)等）稱為主站，根據(jù)指令返回應(yīng)答信息的裝置（伺服放大器）稱為從站。連續(xù)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，主站必須重復(fù)不斷地發(fā)送指令。先設(shè)定硬件組態(tài)QD75MH2為智能功能模塊后，把上、下擺料定義為1、2號(hào)軸，在程序里分別編程更改伺服放大器的參數(shù)，并且需要分配好伺服放大器所需要的地址空間，其中包括電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、速度反饋、電流反饋、運(yùn)行中改變電機(jī)速度、力矩限幅、復(fù)位等（參見圖2）。通過編程手冊(cè)定義好硬件地址后，便可以找出每個(gè)變量所對(duì)應(yīng)的地址，在程序內(nèi)進(jìn)行工藝需要的具體編程。并且在觸摸屏上顯示電機(jī)的速度給定、反饋，還有電流、力矩的顯示及控制。

3　伺服驅(qū)動(dòng)器的故障代碼查詢

伺服驅(qū)動(dòng)器的故障代碼查詢是在程序里讀到故障代碼，參照說明手冊(cè)就可以查找出相對(duì)應(yīng)的故障代碼具體內(nèi)容，也可以通過編程對(duì)伺服放大器的故障進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。報(bào)警發(fā)生時(shí)的狀態(tài)顯示的讀出報(bào)警發(fā)生時(shí)的狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)。如果發(fā)送狀態(tài)顯示項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)值和數(shù)據(jù)處理信息被返回。與復(fù)位信號(hào)（RES）為ON相同，用以復(fù)位伺服放大器的報(bào)警，使它可處于可運(yùn)行狀態(tài)。該指令在消除報(bào)警原因之后，確認(rèn)無輸入指令的狀態(tài)下進(jìn)行，參見圖3。

圖2　編輯程序

圖3　梯形圖

4　結(jié)束語

本套私服控制系統(tǒng)從根本上解決了以往普通電機(jī)控制精度低、響應(yīng)慢、電機(jī)容易發(fā)熱的問題，采用的伺服控制器與三菱CPU光纖通訊方式也充分保證了軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性，觸摸屏終端操作單元也為調(diào)試和修改工藝所需的設(shè)置提供了方便，通過觸摸屏也可以與供料系統(tǒng)傳送帶方便的進(jìn)行整線自動(dòng)控制。

[1] 李幼涵. 伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 錢平. 伺服系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3] GX-developer培訓(xùn)教材. 2011.

Servo control system in pendulum feeding control of calender

TQ330.493

1009-797X(2015)17-0048-02

B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2015.17.013

張亮亮（1985-），男，畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，主要從事密煉機(jī)和壓延機(jī)的電氣設(shè)計(jì)及調(diào)試工作。

2015-01-04