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CAN總線解決方案在拉絲機(jī)(金絲)上的應(yīng)用

作者: 時間:2008-04-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  系統(tǒng)是一個對速度的控制要求高的一種機(jī)械設(shè)備,要求控制系統(tǒng)能夠提供非常精確、平滑的線速度。我們所做的這套系統(tǒng)是用來拉金絲的,因此系統(tǒng)的各方面要求更高。整個系統(tǒng)比較復(fù)雜,控制設(shè)備繁多,各個電機(jī)之間要求很高的協(xié)調(diào)性,該系統(tǒng)采用4套電機(jī)控制,而每套電機(jī)間均有數(shù)據(jù)交換,且數(shù)據(jù)通訊也要求很強(qiáng)的實(shí)時性,也就是要求系統(tǒng)具有總線通訊能力。這樣就要求驅(qū)動器擁有非常強(qiáng)大的功能才能滿足控制要求。而我們的伺服驅(qū)動器則能滿足此類系統(tǒng)控制要求,下面是我們驅(qū)動器的一些功能特點(diǎn):  

  1、全數(shù)字化的速度和位置控制功能,并提供位置、速度和扭矩的控制功能;

  2、靈活多變的跟蹤控制方式,提供高靈敏度的跟蹤效果;

  3、的數(shù)字輸入輸出;

  4、可監(jiān)控電機(jī)短路、電壓、溫度、編碼器、位置跟蹤和電流過高等故障;

  5、可通過RS232、RS485、、CAN通訊口進(jìn)行參數(shù)設(shè)定;

  因此我們的伺服驅(qū)動器完全有能力勝任這份工作,下面大致介紹下這套系統(tǒng):

  

  一、系統(tǒng)框圖

  

  

  

 二、 工藝流程

  1、未拉的絲通過一個阻力裝置(主要是一個夾板之類的東西,它用來提供一定的張力,同時也起到了防止線跳的作用),然后進(jìn)入細(xì)拉槽;

  2、進(jìn)入細(xì)拉槽的絲在細(xì)拉塔輪和微拉塔輪的多次拉制后,成為所需要的絲(兩個塔輪間的隔板安放了一個磨具,這個磨具的形狀是“〕”,即一邊孔大一邊孔細(xì));

  3、拉細(xì)后的絲經(jīng)過滑差輪,這個輪的作用主要是保持恒定張力;

  4、然后絲在經(jīng)過測速論,這個輪的作用就是測出當(dāng)前絲的線速度;

  5、經(jīng)過測速輪的絲再經(jīng)過一個中間環(huán)節(jié),然后通過擺絲桿,最后把絲繞到卷軸上;  

  

  三、系統(tǒng)控制方案

  

  

  

  

  整個系統(tǒng)要求的控制方案主要有以下4個:

  1、 放絲伺服的控制;

  2、 調(diào)節(jié)伺服的;

  3、 卷繞伺服的()控制,即要求卷繞伺服在半徑不斷增大的情況下保持與調(diào)節(jié)伺服的線速度相等;

  4、 擺絲伺服的位置控制;  

  因?yàn)樵撓到y(tǒng)要求具有總線通訊能力,因此我們在這里選擇了我們公司的K4系列帶的PLC,該P(yáng)LC采用了標(biāo)準(zhǔn)的CANopen協(xié)議,能夠傳送和接收、SDO,而我們的伺服驅(qū)動器也自帶了CAN接口,也采用了標(biāo)準(zhǔn)的CANopen協(xié)議。這樣該方案就就滿足了系統(tǒng)對實(shí)時通訊數(shù)據(jù)的要求(的通訊速率最高可達(dá)1M/S).我們的驅(qū)動器也集成了PROFIBUS接口,但是擁有PROFIBUS的PLC不多,而且價格也比較昂貴,采用即滿足了控制要求,又為客戶節(jié)約了成本。  

  四、控制方案介紹

  1、放絲伺服的控制

  該伺服電機(jī)的控制采用帶加減速的控制模式(3模式)來完成。對于該系統(tǒng)來說,要求主軸放絲電機(jī)能夠最大程度上抗干擾,能夠盡量在一個穩(wěn)定的速度下運(yùn)行,同時還要具備平滑的加減速功能。因?yàn)橄到y(tǒng)在啟動開始時,要以一個比較低的速度來運(yùn)行(60R/MIN),然后操作人員在HMI上通過總線把電機(jī)手動加速到合適速度(500R/MIN)才開始拉絲,同時在停機(jī)的時候也要求電機(jī)能夠平滑的把速度降下來。驅(qū)動器工作在3模式下?lián)碛蟹浅7€(wěn)定、精確的速度控制能力,完全能夠滿足上述要求?! ?/P>

  小結(jié):PLC通過CAN總線傳送速度、加速度命令到拉絲伺服, 從而實(shí)現(xiàn)拉絲電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行;  

  2、調(diào)節(jié)伺服的

  該伺服電機(jī)的控制采用模式(-4模式)來完成。 對于該電機(jī)來說,這個電機(jī)要完全跟隨放絲電機(jī)來運(yùn)行,如果跟隨時速度出現(xiàn)了大的偏差,那么絲就會被拉斷,這樣的結(jié)果是不允許的!同時該電機(jī)的線速度還要求在放絲電機(jī)線速度的上下波動,速度波動的范圍要在5%之間可調(diào),這樣做的目的是調(diào)節(jié)絲的張力大小,從而調(diào)節(jié)絲繞到卷繞輪的張力大小。而驅(qū)動器工作在-4模式下時,擁有非常精確、靈敏的速度跟隨性,也就是該電機(jī)完全隨著放絲電機(jī)的運(yùn)行,一起相互加減速、勻速運(yùn)行。電機(jī)的運(yùn)行速度隨著從X7輸入脈沖的頻率變化而變化,另外輸入脈沖的頻率經(jīng)過齒輪比后才得到了真正的電機(jī)實(shí)際要運(yùn)行的頻率,通過更改齒輪比來實(shí)現(xiàn)線速度在5%之間波動。

  調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器直徑接收拉絲伺服電機(jī)高速脈沖的信號,按一定的電子齒輪比跟隨運(yùn)行,很好的保證了出絲的線速度,同時與卷繞伺服做到了很好的協(xié)調(diào),保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?! ?/P>

  小結(jié):調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器直徑接收拉絲伺服電機(jī)高速脈沖的信號,按一定的電子齒輪比跟隨運(yùn)行,很好的保證了出絲的線速度,同時與卷繞伺服做到了很好的協(xié)調(diào),保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  

  3、卷繞伺服的恒線速度()控制

  該電機(jī)的控制是整個系統(tǒng)的重中之重,要想繞出來的線平滑、不塌邊,那么就要求卷繞電機(jī)的線速度與調(diào)節(jié)電機(jī)的線速度相等。而要實(shí)現(xiàn)恒線速度控制,必須通過一個反饋回路來檢測實(shí)際的繞線輪的線速度,以前的系統(tǒng)是通過張力桿來完成的,張力桿反饋回去的是個張力信號,而且張力桿還有個中間過度環(huán)節(jié),如果卷繞電機(jī)的線速度與調(diào)節(jié)電機(jī)的線速度相差比較大時,通過機(jī)械結(jié)構(gòu)先行補(bǔ)償,然后再加上電氣補(bǔ)償,這就相當(dāng)于兩個補(bǔ)償環(huán)節(jié),減小了斷線的機(jī)率。這樣的系統(tǒng)在目前很多中使用。而當(dāng)前這臺是專門用來拉金絲的,金絲要求很高的潔凈度,需要盡量減少中間過度環(huán)節(jié),所以客戶取消了張力桿,而直接采用了測速輪來作為反饋回路。這樣就增加了控制難道。

  而測速輪是通過光電開關(guān)來采集每轉(zhuǎn)一周的時間,這樣來算出測速輪的線速度,然后再把這個線速度與調(diào)節(jié)輪的線速度進(jìn)行比較,得到一個誤差,在這個誤差的基礎(chǔ)上再通過PID計算,再把最后的得到的結(jié)果補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前卷繞輪速度上去。

  卷繞電機(jī)也不是完全跟隨著調(diào)節(jié)輪旋轉(zhuǎn),因?yàn)殡S著絲的繞制,卷繞電機(jī)的半徑會不段增大,而這個時候調(diào)節(jié)輪的線速度是個比較恒定的值(因?yàn)榉沤z電機(jī)以恒速度拉絲),那么就要求卷繞電機(jī)的轉(zhuǎn)速變小,這樣才能保證與調(diào)節(jié)輪的線速度相近。在這里又出現(xiàn)一個問題,即怎么樣計算當(dāng)前卷繞輪應(yīng)該轉(zhuǎn)的大致轉(zhuǎn)速呢?如果不計算這個大致轉(zhuǎn)速,直接通過采集回來的誤差進(jìn)行PID計算能不能滿足要求呢?答案是如果不計算大致轉(zhuǎn)速,直接通過PID計算來補(bǔ)償線速度的誤差是不可以的,這樣卷繞輪就會一直跟隨著調(diào)節(jié)輪運(yùn)行,當(dāng)半徑變大時,采集到誤差值就非常大。如果先通過層數(shù)來大致計算下繞線輪的半徑,然后再得到大致的卷繞電機(jī)的轉(zhuǎn)速,最后再加上PID誤差計算結(jié)果,這樣得到的線速度才是比較精確,也就是線速度差才最小。而層數(shù)的來源是通過CAN總線從擺線伺服得到的?! ?/P>

  小結(jié):PLC具有高速脈沖計數(shù)能力,能夠采集通過電眼傳過來的高速脈沖信號,從而計算出金絲線速度,然后通過傳送給收卷伺服驅(qū)動器,該伺服驅(qū)動器根據(jù)此轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)自身轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到控制線張力的目的;

  

  4、擺絲伺服的位置控制;

  擺絲伺服的控制主要是保證繞制出來的線均勻的排列在線軸上,下圖是要求的排絲效果圖:

  

  

  

  

  這個驅(qū)動器控制的難點(diǎn)就在于換向部分,為了在換向處平滑過度,而不出現(xiàn)螺紋,電機(jī)在換向的時候要滿足在最后一圈時,要進(jìn)行每層最后半圈的絕對定位,而這個圈數(shù)是可以算出來的,計算過程如下:

  設(shè)最下層繞線的長度為S0(這個長度在按復(fù)位鍵后,電機(jī)自動回到原點(diǎn),然后再從這個原點(diǎn)開始,以HMI上輸入有的長度作為第一層排線寬度S0來開始排線,那么繞線的圈數(shù)就等于R1=S0/(D+W),這里的W是指兩線邊緣距離。

  當(dāng)繞第2層時,繞線的長度為S1,S1=S0-2*1/3*D*L;L=1 1/3*D為絲上一層與下一層的邊緣距離

  當(dāng)繞第3層時,繞線的長度為S1,S1=S0-2*1/3*D*L;L=2

  .

  .

  .

  當(dāng)繞第N層時,繞線的長度為S1,S1=S0-2*1/3*D*L;L=N-1

  那么就可以算出第N層應(yīng)該繞的圈數(shù)= [S0-2*1/3*D*(N-1)]/(D+W);

  圈數(shù)= [S0-2*△L *(N-1)]/(D+W)

  

  

  

  

  如果以XY軸的交點(diǎn)為原點(diǎn),那么在剛開始運(yùn)行的時候以跟隨來運(yùn)行,電子齒輪比=(D+W)/P;當(dāng)?shù)阶詈笠蝗r,要進(jìn)行絕對定位,而這個其始位置可以通過如下的方法得出:

  不管轉(zhuǎn)速有多快,那么轉(zhuǎn)一圈排線電機(jī)應(yīng)該走的距離是D+W;所以半圈就是(D+W)/2,那么這個其始位置就是:

  S左:Xn1+(D+W)/2

  S右:Xn2-(D+W)/2

  也就是可以通過一個比較當(dāng)前的位置與要求的位置的差是否小于(D+W)/2來實(shí)現(xiàn)模式的切換;在絕對定位完成后,要立即跟隨上主軸的速度才可以。該伺服就采用了在跟隨和絕對定位兩種模式,伺服在這兩種模式間交替工作即可繞制出符合規(guī)定的線型。  

  小結(jié):排繞伺服驅(qū)動器通過自身內(nèi)部算法自動計算當(dāng)前每層應(yīng)該繞的圈數(shù),然后把當(dāng)前圈數(shù)自動通過傳送給卷繞伺服驅(qū)動器,卷繞伺服驅(qū)動器根據(jù)這個參數(shù)通過內(nèi)部算法自動得到電機(jī)應(yīng)該運(yùn)行的轉(zhuǎn)速,從而到達(dá)精確控制張力的目的;  

  五、結(jié)語

  1、 該系統(tǒng)為用戶帶來了效率(拉絲速度)、質(zhì)量(拉絲直徑)的提高,同時也降低了系統(tǒng)綜合成本;

  2、 伺服內(nèi)部算法自動計算自身轉(zhuǎn)速,系統(tǒng)響應(yīng)及時,得當(dāng),即使拉3絲的金絲也不會出現(xiàn)踏邊的現(xiàn)象;

  3、 系統(tǒng)采用CAN總線通訊,增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力;

  4、 該系統(tǒng)已經(jīng)安全運(yùn)行一年的時間,未出現(xiàn)任何故障,拉制出來的成品絲已經(jīng)達(dá)到了3絲,在拉制3絲時的轉(zhuǎn)速達(dá)到了400R/MIN,比普通使用張力桿做反饋回路的機(jī)械提高了7個絲,速度快了近70R/MIN,且拉制出的絲表面平整光滑,完全符合客戶要求。

 

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