Lenze伺服在无缝化钢管生产线上的应用_编码器_电机

Lenze伺服在无缝化钢管生产线上的应用

2009/6/23 13:20:00

一、无缝化钢管的工艺简介
　　钢管的无缝化主要是通过张力减径来完成的，张力减径过程是空心母材不带芯棒的连续轧制过程。在保证母管焊接质量的前提下，焊管张力减径工艺是将焊管整体加热到950摄氏度以上，再经张力减径机（张力减径机共有24道次）轧制成各种外径与壁厚的成品管，采用此工艺所生产的热轧钢管与普通的高频焊管有本质的区别,通过加热炉加热后其焊缝与母体的金相组织和机械性能可以达到完全一致此外，通过多道次的张力减径机轧制和自动控制使得钢管的尺寸精度(尤其是管体圆度和壁厚精度)优于同类无缝管。世界发达国家生产的流体管，锅炉管中已大量采用焊管无缝化工艺，随着社会的发展，国内热轧焊管逐步代替无缝管的局面已经形成。
　　

二、LENZE伺服93EK驱动器简介：
　　属于电子凸轮型驱动器，凸轮型伺服驱动器内置电子凸轮发生器，可同时自由编程8 条凸轮曲线。与传统机械式凸轮系统相比，更易于实现复杂轮廓的曲线修改和工艺的快速更新，并有效克服机械凸轮系统易磨损，改造周期长，成本高的缺点，及其对集中的大功率驱动的要求。
　　1、凸轮曲线之间可在线切换，且没有时滞
　　2、内置寻零及纠偏等功能
　　3、内置延展/ 压缩及x/y 方向的偏置
　　4、利用GDC 内置的曲线编辑工具可方便的编辑各种曲线
　　5、可虚拟上位机
　　

三、系统组成

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 系统框图

　　由于本系统的负载惯量较大，所以采用两套伺服拖动（如图1），两套伺服及主频电机与上位机的通讯采用的是PROFIBUS-DP通讯。主频是通过ITD TTL 4096编码器发出的，为93EK主电机提供工件行走的频率信号。两台伺服控制器之间采用LENZE系统的标准配置CAN来进行通信的。
　　

三、系统编程
　　1、飞锯的切割工艺
　　切刀是由一个3000rpm/分异步电机控制的锯片，安装在曲柄上，由曲柄通过两台93EK控制，切刀每旋转360°实现一次切割，完成一个切割周期，工艺要求在切割的过程中，切锯的速度应与被切割工件的线速度一致，才能保证切割顺利进行，否则被切割的工件不能合格，或者造成锯片的损坏。由于切刀是旋转运动，而工件是直线运动，因此，在切割的过程中，是一个变速的过程，才能保证切刀与工件的线速度完全一致（如图2）。由于切刀是旋转运动，而工件是直线运动，因此，在切割的过程中，是一个变速的过程，才能保证切刀与工件的线速度完全一致（如图2）。

图2 切割曲线（蓝色为位移曲线，绿色为速度曲线）

　　2、通过GDC软件进行编程
　　控制器内部应用到的GDC功能块：MCTRL、HOMING、CDATA、DFIN、REFC、RFGPH2等。主机功能块结构简图如（图3）：

图3 功能块逻辑图

　　从机采用的是转矩控制方式，当把93EK设定为转矩控制时，MCTRL-N-SET即作为速度限制上限端口，与MCTRL-N2-LIM端一起构成速度的上下限幅端口来使用，如（图4），当MCTRL-N/M-SWT置1有效时，选择转矩控制方式流程。从机MCTRL-M-ADD是由主机的MCTRL-M-SET2通过CAN-IN2.W3给出。从机的速度限制值是由主机MCTRL-N-SET2通过CAN-IN2.W2，给到从机，然后取绝对值乘以一定的比例系数作为上下极限值给到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM，作为速度的上下限制（如图5），防止电机由于转矩的突然变化而造成电机失控的现象发生，本案例采用的限制的范围值为±120％。

图4 MCTRL功能块图

图5

　　4、手动调节功能
　　在93EK里没有内置的手动调节功能，而手动功能又是在设备调试、维修过程中必不可少的功能，因此本系统利用了“RFGPH2”功能块（如图6），实现了手动功能，每次手动之后，要做Homing寻零回到起始零位，以准备下一次自动切割开始。

图6

　　5、寻零功能
　　根据工艺设定，切割切入点应该140°左右，根据计算，原点正对切割中点的位置，所以，零点开关应安装在与切割中点成180°的位置，如果有小的偏差，可以通过REFC-Homing功能块调节（如图7）。

图7寻零功能块

四、结语：
　　1、负载转动惯量较大，以目前市场上所提供的电机功率，还不能用一台就可以轻松实现，因此，本系统应用了两台电机来控制同一负载，解决了由于电机功率不能满足要求所带来的问题。
　　2、通过CAN总线，实现了主从同步，使从机的速度和力矩输出与主机的一致。
　　3、附加了手动功能，无论给客户的调试还是维修都带来了极大的方便，同时也充分发挥了LENZE EVS93EK伺服强大的可编程的功能。