解決軌道電機(jī)同步驅(qū)動的技術(shù)難題
[ 時(shí)間:2013-03-21 閱讀:316次 ]
解決軌道電機(jī)同步驅(qū)動的技術(shù)難題

針對龍門焊機(jī)對控制系統(tǒng)提出的嚴(yán)格工藝要求,本文利用這一轉(zhuǎn)差互補(bǔ)原理,巧妙的解決了軌道電機(jī)同步驅(qū)動的技術(shù)難題。
  
龍門焊機(jī)是焊接大型鋼構(gòu)件的關(guān)鍵設(shè)備。為適應(yīng)焊接不同規(guī)格的鋼板,保證高質(zhì)量的焊接工藝,提高焊接效率,對電氣傳動控制系統(tǒng)既要求有快速的動態(tài)響應(yīng)又要求具備高精度的穩(wěn)態(tài)定位性能。對于傳統(tǒng)的大型龍門焊接系統(tǒng),門架主傳動一般采用兩個(gè)獨(dú)立的速度閉環(huán)控制系統(tǒng)對兩側(cè)軌道電機(jī)同步驅(qū)動,控制相對復(fù)雜,難以完全保證良好的同步;此外,采用復(fù)雜的機(jī)械傳動方式驅(qū)動焊槍進(jìn)給與定位,由于機(jī)械耦合的連接方式導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對裝配精度要求高,改變焊接工藝需調(diào)整機(jī)械零件參數(shù),還存在機(jī)械磨損和噪音大等缺點(diǎn),嚴(yán)重制約了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。

   
 針對龍門焊機(jī)對控制系統(tǒng)提出的嚴(yán)格工藝要求,本文采用2軸數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成高精度的焊槍位置控制;利用籠型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差特性,采用一臺變頻調(diào)速器,以恒定磁通的v/f開環(huán)控制模式同時(shí)驅(qū)動兩臺軌道電機(jī)運(yùn)動。在v/f開環(huán)控制模式下,當(dāng)兩臺電機(jī)承擔(dān)的負(fù)載不同時(shí)轉(zhuǎn)差亦不相同,負(fù)載重的電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、負(fù)載輕的電機(jī)轉(zhuǎn)速較高;本文利用這一轉(zhuǎn)差互補(bǔ)原理,巧妙的解決了軌道電機(jī)同步驅(qū)動的技術(shù)難題。

    焊接工藝及系統(tǒng)構(gòu)成

    ·焊接工藝

    為保持門架受力平衡和運(yùn)行平穩(wěn),門架左右立柱分別安裝一臺導(dǎo)軌驅(qū)動式交流交流異步電機(jī),要求兩臺電機(jī)運(yùn)行速度必須嚴(yán)格保持同步,同時(shí)達(dá)到d=100的調(diào)速范圍或滿足0.1m/min的穩(wěn)定焊接速度、10m/min的返程速度;其次,為滿足快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的焊接工藝要求,采用伺服電機(jī)、plc、觸摸屏與數(shù)字通信技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)成高精度的焊接位置數(shù)控系統(tǒng)(cnc),使焊槍能夠準(zhǔn)確定位在龍門架運(yùn)動范圍的任何一點(diǎn),要求伺服進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為0.1mm,***大進(jìn)給速度為25m/min。

    ·焊接系統(tǒng)的構(gòu)成

    龍門焊機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示, 焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)分為電氣傳動及控制系統(tǒng)、門架機(jī)械機(jī)構(gòu)和焊接系統(tǒng)三個(gè)部分。其中電氣傳動包括焊槍2維定位進(jìn)給系統(tǒng)和軌道主傳動控制,控制系統(tǒng)由人機(jī)界面、plc、伺服電機(jī)和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成;門架機(jī)械機(jī)構(gòu)包括龍門架、x-y軸高精度滾珠絲杠與活套機(jī)構(gòu);焊接系統(tǒng)采用lincon埋弧焊電源及焊槍。

 


圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    本文重點(diǎn)介紹電氣傳動控制系統(tǒng),針對焊接工藝技術(shù)要求,根據(jù)籠型異步電動機(jī)在磁通恒定的v/f模式下開環(huán)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差特性,采取一拖二的方式,利用一臺電壓源型變頻器開環(huán)控制兩臺軌道異步電機(jī)(m1、m2),實(shí)現(xiàn)兩臺軌道電機(jī)的嚴(yán)格同步運(yùn)行;焊槍2維定位進(jìn)給系統(tǒng)采用兩臺高精度交流伺服電機(jī)(sm1、sm2) ,通過修正伺服放大器內(nèi)部參數(shù),來實(shí)現(xiàn)焊槍在龍門架運(yùn)動范圍內(nèi)精確定位控制,去除以往復(fù)雜的機(jī)械耦合連接結(jié)構(gòu),使新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

   
系統(tǒng)分析與參數(shù)計(jì)算

   
兩臺軌道異步電機(jī)通過同一臺變頻器進(jìn)行開環(huán)控制,去除了以往的復(fù)雜閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),根據(jù)籠型異步電動機(jī)在v/f模式下開環(huán)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差特性,當(dāng)兩臺軌道電機(jī)工作在同一頻率下,系統(tǒng)在負(fù)載不同時(shí)可利用轉(zhuǎn)差率的變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,使得負(fù)載重的電機(jī)轉(zhuǎn)速由低變高、負(fù)載輕的電機(jī)轉(zhuǎn)速由高變低,直到實(shí)現(xiàn)兩臺軌道電機(jī)的嚴(yán)格同步運(yùn)行為止。通過變頻器參數(shù)設(shè)定,可使軌道電機(jī)運(yùn)行速度從0.1~10m/min連續(xù)可調(diào)、調(diào)速范圍為d=100,外接標(biāo)準(zhǔn)能耗制動電阻后、50hz對應(yīng)的加減速時(shí)間為0.5s,可以滿足軌道主傳動的快速性要求。變頻器接收來自plc的控制信號,對軌道電機(jī)的正反轉(zhuǎn)(穩(wěn)速焊接與高速返回)進(jìn)行控制,并輸出故障信號給plc控制器,完善保護(hù)功能,以使用戶及時(shí)進(jìn)行故障處理。
焊槍2軸定位進(jìn)給系統(tǒng)采用兩臺高精度交流伺服電機(jī)驅(qū)動,在位置控制模式下,利用簡單的開環(huán)控制結(jié)構(gòu),通過調(diào)整伺服放大器內(nèi)部參數(shù)α來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。伺服放大器對編碼器的可識別精度高達(dá)131072(p/rev),設(shè)伺服電機(jī)減速比為i,則電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度n與驅(qū)動脈沖頻率f的關(guān)系式為:
   (1)
    運(yùn)行速度v與電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈焊頭移動量d的關(guān)系式為:
   (2)
    由公式(1)和(2)可得:
   (3)
    根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求,當(dāng)伺服電機(jī)減速比i為20:1,電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的移動量d=200mm,輸入脈沖頻率f設(shè)定為10khz時(shí),取β=100,則

α=131v (4)

   
由式(4)可知,當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝技術(shù)要求,需要變更焊槍橫向或縱向進(jìn)給速度v時(shí),只要通過(4)式來修正伺服放大器內(nèi)部參數(shù)α即可,而無需更換系統(tǒng)的機(jī)械耦合裝置,以此實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的柔性調(diào)整,并使系統(tǒng)控制精度顯著提高。利用圓弧差補(bǔ)原理,根據(jù)用戶輸入的工程數(shù)據(jù),經(jīng)過plc內(nèi)部高速運(yùn)算處理,得出下一步進(jìn)給方向與新偏差,精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜二維平面幾何圖形的焊接。

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    ·系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  
  新型系統(tǒng)的電氣傳動控制系統(tǒng)基于cnc系統(tǒng)的數(shù)字控制技術(shù),以可編程控制器(plc)為控制核心,交流伺服電機(jī)(acsm)和變頻電機(jī)為執(zhí)行元件。以高速數(shù)字旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器(pg)作為生產(chǎn)線速度檢測單元,f940got觸摸屏作為人機(jī)界面,通過fx1n-485-db通訊擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息交流。焊接電氣傳動控制系統(tǒng)組成如圖2所示。


圖2 電氣傳動控制系統(tǒng)框圖

   
plc以其處理速度快、邏輯控制能力強(qiáng)、現(xiàn)場適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn),已成為替代傳統(tǒng)繼電接觸器控制線路的升級換代產(chǎn)品,在工業(yè)現(xiàn)場控制中被廣泛使用。本文采用fx1n-60mt型plc作為核心控制器,直流輸入36點(diǎn),晶體管輸出24點(diǎn),與人機(jī)界面通過通信的方式建立連接,輸入系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),通過內(nèi)部邏輯運(yùn)算,輸出邏輯控制量,對運(yùn)行電機(jī)的控制器進(jìn)行數(shù)字控制。其除了具有一般邏輯和計(jì)算功能外,還具有高速脈沖串(***高100khz)輸出口(y0、y1)、ramp電機(jī)變頻軟起動/軟制動及高速實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)等特殊處理功能[1],可非常方便地對伺服電機(jī)進(jìn)行位置控制或速度控制。

   
 軌道電機(jī)采用兩臺同一型號1.5kw變頻調(diào)速電機(jī),根據(jù)一拖二的容量要求,所采用的變頻器容量必須大于兩臺變頻電機(jī)的容量之和,因此在這里使用容量為4.0kw的交流變頻調(diào)速器。

   
 焊槍2維定位進(jìn)給控制軸由兩臺高精度交流伺服電機(jī)驅(qū)動,本文采用faldic-w系列的交流伺服電機(jī),額定轉(zhuǎn)速3000r/min,額定功率400w,該電機(jī)自帶17位即131072(p/rev)的高分辨率編碼器。伺服電機(jī)通過變速比為1:20的減速齒輪驅(qū)動焊槍2維定位進(jìn)給控制軸,在輥輪直徑d2為200mm情況下,系統(tǒng)具有的電氣穩(wěn)態(tài)控制精度d為:


   
 由(5)式可見新系統(tǒng)的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般系統(tǒng)的定位精度要求:0.1mm;盡管新的運(yùn)行伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速降低為3000r/min,額定扭矩為12.0(nm),但由于控制精度的顯著提高和機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡化,使得生產(chǎn)線的加工運(yùn)行速度較以往提高數(shù)倍。

   
系統(tǒng)中采用f940got液晶觸摸屏作為監(jiān)控生產(chǎn)工況的人機(jī)界面,利用與觸摸屏配套的組態(tài)軟件,可通過pc機(jī)對其控制界面、圖像參數(shù)或曲線進(jìn)行離線編輯,并通過com口下載到內(nèi)存。生產(chǎn)線運(yùn)行過程中,按照事先編制并固化在其內(nèi)存中的指令程序,實(shí)時(shí)監(jiān)控四個(gè)運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并獲取生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),同時(shí)還可以方便地設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行所需要的參數(shù),實(shí)現(xiàn)人機(jī)現(xiàn)場對話操作。

   
·系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

   
在本系統(tǒng)中,合理、簡潔的用戶控制程序是實(shí)現(xiàn)軟件取代硬件、電氣軟聯(lián)結(jié)取代機(jī)械硬聯(lián)結(jié)、柔性參數(shù)調(diào)整取代剛性參數(shù)調(diào)整的重要因素。根據(jù)前述焊接電氣傳動控制系統(tǒng)的控制原理及生產(chǎn)工藝要求,利用plc的梯形圖程序設(shè)計(jì)方法,觸摸屏與plc的通信協(xié)議和觸摸屏組態(tài)軟件包,可以設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大、靈活方便、操作簡單的控制系統(tǒng)軟件[2]。完整的系統(tǒng)軟件包括:plc控制程序、伺服系統(tǒng)—plc通訊程序、觸摸屏組態(tài)軟件三部分。因篇幅所限,僅給出plc控制程序流程圖,如圖3所示。

 


圖3 系統(tǒng)流程圖

   
 結(jié)語

   
本系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式來控制軌道電機(jī),利用轉(zhuǎn)差互補(bǔ)原理解決了兩臺電機(jī)的同步運(yùn)行,顯著簡化了主傳動控制系統(tǒng);采用高精度2軸伺服系統(tǒng)改造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動模式,實(shí)現(xiàn)了焊接工藝和參數(shù)的柔性調(diào)整,提高了焊接定位控制精度;利用plc、人-機(jī)界面與電機(jī)驅(qū)動器的通信,提高了系統(tǒng)的自動化程度,具有良好的應(yīng)用前景。新系統(tǒng)可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下:
   
 ·龍門架運(yùn)行速度從0.10~10 m/min連續(xù)可調(diào);
   
 ·伺服電機(jī)***高運(yùn)行速度vm=25m/min;
   
 ·焊槍穩(wěn)態(tài)控制精度可達(dá)到10μm;
   
 ·通過rs485工藝參數(shù)調(diào)整滿足焊接2維平面的任意幾何圖形;
   
 ·多種故障檢測并報(bào)警輸出,對所有電機(jī)綜合保護(hù)。

   
本系統(tǒng)已被應(yīng)用于多家大型企業(yè),經(jīng)長期實(shí)際運(yùn)行證明設(shè)計(jì)合理,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該控制系統(tǒng)不僅適用于3維空間的鋼構(gòu)件精密焊接,還可推廣應(yīng)用于大型鋼板的高精確切割工藝。

 

YZS振動電機(jī)是在轉(zhuǎn)子軸兩端各安裝一組可調(diào)偏心塊,利用軸及偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力得到激振力。YZS振動電機(jī)的激振力高、能耗小、噪音低、壽命長。YZS振動電機(jī)是直線振動篩、振動給料機(jī)、振動給料斗、振動輸送機(jī)等各種振動機(jī)械***理想的激振源,YZS振動電機(jī)也是冶金、礦山、煤炭、建材、磨料、陶瓷、化工、糧食等工業(yè)部門的理想設(shè)備,并可用于各種料倉、料斗、溜槽的倉壁振動,以防止物料滯留,促使物料快速運(yùn)動。有著極其廣泛的應(yīng)用范圍。
YZS系列振動電機(jī)主要特點(diǎn):
1.使用壽命長,只需定期維護(hù)軸承。
2.因利用平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動,噪聲低。
3.激振力與出力配合適當(dāng),機(jī)體質(zhì)量輕、體積小。
4.可多機(jī)組合成各種振動形式,以完成各種作業(yè)要求。
5.全封閉結(jié)構(gòu),可在任何無防爆要求的粉塵條件下工作?!?
6.只需調(diào)節(jié)兩端外側(cè)的偏心塊,使之與內(nèi)側(cè)偏心塊形成一定的夾角,就可無級調(diào)整激振力。
7.電機(jī)的設(shè)計(jì)可隨需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以適用于特殊的環(huán)境:660V或60HZ特殊電壓及電源頻率,氣溫極高或極低的工作場所、防塵防水要求較高的場所、地處海拔較高的場所等。
YZS振動電機(jī)是機(jī)座聯(lián)體電機(jī),密封性能高于普通振動電機(jī)
YZS振動電機(jī)是動力源與振動源結(jié)合為一體的激振源,振動電機(jī)是在轉(zhuǎn)子軸兩端各安裝一組可調(diào)偏心塊,利用軸及偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力得到激振力。振動電機(jī)的激振力利用率高、能耗小、噪音低、壽命長。振動電機(jī)的激振力可以無級調(diào)節(jié),使用方便。振動電機(jī)可以應(yīng)用于一般振動機(jī)械,如:振動破碎機(jī)、振動篩分機(jī)、振動打包機(jī)、振動落砂機(jī)、振動造型機(jī)、振動打樁機(jī)、振動提升機(jī)、振動充填機(jī)、料倉的振動破拱防閉塞裝置等等。廣泛的應(yīng)用在水電建設(shè)、火力發(fā)電、建筑、建材、化工、采礦、煤炭、冶金、輕工等工業(yè)部門。                  
        YZS振動電機(jī)除了可以應(yīng)用與一般振動機(jī)械外,還可以組合多種振動形式。如:平旋型,渦旋型,搖動振動型,組合直線型,組合長橢圓型,復(fù)合雙頻型,復(fù)合雙幅型等。由這些振動形式可以產(chǎn)生出一些過去所沒有的新型振動機(jī)械。  
        YZS系列振動電機(jī)是新型號振動電機(jī),  特點(diǎn)是體積小巧,  外形美觀,  性價(jià)比高等。與其它振動電機(jī)不同的是它的外殼和機(jī)座是一體鑄造完成,改進(jìn)了工藝,減少了成本,提高了防塵性能。

新鄉(xiāng)市三鑫電機(jī)制造有限公司主營:振動電機(jī) yzs振動電機(jī) YZO振動電機(jī) YZU振動電機(jī) JZO振動電機(jī) XVMA振動電機(jī)VB振動電機(jī) ZFB倉壁振動器 YCT調(diào)速電機(jī)
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