变频器在钢板定尺剪切机床中的应用

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1、变频器在钢板定尺剪切机床中的应用本文叙述的“钢板定尺剪切机床”是一种简称，实际上是由四个分部组成的组合机床，全称为“(金属卷板)开卷、校平、纵横剪切、落料生产线”(参见图1)。作者采用三菱变频器、三菱PLC、三菱触摸屏和欧姆龙旋转编码器等器件，组成生产线的自动控制系统，在兼顾横剪精度和生产效率的前提下，利用PLC的高速计数功能和变频器的多段速控制功能，有效地控制校平辊和压辊的启动、运行、降速、爬行和准确停车，从而实现了金属板材的高效自动定尺剪切。整个自控系统的造价仅为交流伺服系统造价的1/6～1/5，不失为一种高性价比的定位控制系统。   钢板定尺剪

2、切机床自控系统的配置   钢板定尺剪切机床自动控制系统配置如图1所示，设备清单如下。      图1钢板定尺剪切机床自动控制系统配置   (1)校平机变频器：三菱FR-A540-30K-CH(多功能矢量控制型)；   (2)校平机变频器配套制动单元和制动电阻：加能电子ICP-DR-1s制动单元、23Ω/3kW制动电阻；   (3)输送机变频器：三菱FR-E540-2.2K-CH(简易矢量控制型)；   (4)PLC：三菱FX2N-32MR-001(输入16点、输出16点)；   (5)触摸屏：三菱F930GOT-BWD-C(4.4英寸、STN蓝白屏)

3、；   (6)旋转编码器：欧姆龙E6H-CWZ6C(中空轴型、分辨率：2500p/r、集电极开路输出、24VDC)。   钢板定尺剪切机床自控系统关键器件的选型及安装   1校平机变频器及配套器件的选型   校平机电气拖动的作用主要是驱动校平轧辊运动，其阻力矩等于轧辊和钢板之间的摩擦力和轧辊半径的乘积。在这里，轧辊的半径是恒定不变的，摩擦力的大小也与转速无关，这是典型的恒转矩负载机械特性，因而选用三菱FR-A540-30K变频器。三菱A540型变频器除了具有先进的磁通矢量控制特性外，还具有多段速控制功能、“柔性脉宽调制”功能和调速范围宽等优良特性。 

4、  因三菱原装的制动单元和制动电阻价格较贵，故外配深圳加能电子公司采用加拿大技术生产的器件，其电阻能耗制动单元具有短路保护、全电压自动跟踪、全程噪声过滤、使用普通电阻等功能和特点。   2PLC和旋转编码器的选型   三菱FX2N型PLC是FX系列小型PLC中运算速度最快的机型：每条基本指令运算速度为0.08μs,每条应用指令运算速度为1.52至几百μs。作者为另一台剪切机床配置自控系统时曾采用过FX1N型PLC，其每条基本指令的运算速度为为0.55~0.7μs,每条应用指令运算速度为3.7至几百μs。与FX1N型PLC相比，FX2N型PLC运算速度

5、快，指令丰富，其控制的机床剪切精度也较高。因此，这类有快速响应要求的系统应尽可能地采用运算速度较快的PLC。   FX2N型PLC内置多个高速计数器。根据系统具体情况，选用频率30kHz的A-B相型双计数输入的C251计数器。C251计数器不仅提供计数信号，还提供计数的方向：利用旋转轴上安装的A/B相型编码器，在机械正转时自动进行加计数，反转时自动进行减计数。编码器的旋转方向也有正反符号：若将PLC的X0、X1与编码器的A相、B相相连，面对轴心顺时钟旋转计数为正，逆时钟旋转计数为负。这个系统在安装编码器时正好使计数值为负，于是将PLC的X0、X1输入

6、点改为与编码器的B相、A相接线端相连，钢板前进时计数数值为正值。其次，PLC的高速计数器的运行建立在中断的基础上，这意味着事件的触发与扫描周期无关，大大地提高了系统响应速度—当计数当前值与预置数值相等时，PLC的输出点能快速地控制变频器的定位运行。   旋转编码器型号采用欧姆龙E6H增量式中空轴型。它不需要弹性耦合器的连动轴，可直接用螺杆螺母与下压辊轴心硬连接，编码器机身则用支架固定在下压辊的轴承座上。E6H-CWZ6C型号中分辨率最高等级为3600p/r，价格也最贵。考虑技术经济等多方面因素，采用分辨率为2500p/r的规格。也曾试用过同型号的20

7、00p/r编码器，因分辨率差一个等级，整机性能也受到影响。   钢板定尺剪切机床控制的特点及PLC编程   1钢板定尺剪切机床控制的特点和对策      与交流伺服系统不同，变频器和三相异步电机不可能在高速运行状态下迅速停车，必须有一个降速和低速爬行的过程，才能保证定位点的准确(参见图2)。      图2变频器定位运行降速控制规律   另外，钢板剪切的长度与毛巾平网印花机的花色间距不同，它不是定值，而是从几十毫米到数千毫米不等，因此不可能采用同样的运行速度和同样的降速爬行距离。否则，变频器的定位停车会处于一种无序状态，剪切精度和生产效率也不能得到平

8、衡和兼顾。   针对机床的上述特点，我们采用如下对策：将钢板校平运行速度分为6档，将钢板定尺长度与速度对应，