微机飞锯机的同步控制

  本文介绍了利用西门子直流调速器对力矩的控制，经过对原控制系统简短的设计改造，较好的实现了微机飞锯机跟踪钢管的同步控制，解决了实际生产中的一些关键问题。

  微机飞锯机是直缝焊管、冷弯型钢生产的关键设备之一，可在管材或型材高速运动状态下，实现高精度的跟踪锯切，跟踪的精度对钢管断面的质量和锯片的使用寿命有极大的影响。若钢管的生产速度和锯车的跟踪速度之差等于零是最理想的状态。可是实际情况并非理想状态，存在着制约生产的问题。

  1. 微机飞锯机的系统

  1.1. 设备组成

  由计算机系统、西门子6RA70直流调速系统，继电操作系统，液压系统机械系统及测速系统组成，如图1。

  1.2. 微机飞锯机控制原理

  锯车在自动状态下，钢管与测速辊无滑动接触，测速辊每转一周，钢管的长度为：S=∏R 式中R为测速辊的直径。测速辊每旋转一周，脉冲编码器发出2000个脉冲，这一脉冲经过信号处理后，一路经过f-v转换后作为钢管的位置信号，一路经过计算机运算运算得到钢管的实时生产速度并显示，计算机还计算钢管的残长：

  Sc=L0-L1 （1）

  式中：L0——钢管的定尺长度

  L1——钢管经过锯口的长度

  当Sc达到启动残长时，计算机发出启动信号，锯车加速追赶钢管，此时（1）式变为： Sc=L0-(L1-L2) (2)

  式中：L2——锯车的位移

  锯车脉冲一路经转换后作为锯车的速度反馈信号，一路经转换后送计算机，经运算得出锯车的位移，当锯车的速度与钢管的速度相同时，若Sc=0，定尺也达到设定要求，计算机发出夹紧和落锯信号；若Sc≠0，计算机则不发出夹紧话落锯信号，这是成为调整段，直至Sc=0这就是所谓的双闭环工作，锯切到位时，计算机发出抬锯和松夹信号，松夹到位后，锯车快速返回到初始位置，工作的时序如图2所示。飞锯就是这样周而复始地完成连续钢管的定尺锯切任务的。

  2. 存在的问题

  在锯车追踪钢管达到与钢管的速度相同时，夹紧落锯，在锯切过程中，要求锯车与钢管的运行同步，但是锯车的速度是根据钢管的测速编码器的脉冲数计算出来的，计算的过程有误差，锯车追踪钢管的的速度有时间之差，锯车的调整过程有调整误差，这三个误差积累起来，就不可忽视。

  实际上锯车的运行和钢管的运行是不同步的，这个不同步对口径大壁厚厚的钢管尤其明显，因为锯切时间长，积累误差大，这会造成钢管的端口切斜，即钢管的断面与钢管的轴线不垂直，超出标准要求，其次造成飞锯锯片磨损严重，甚至变形，形成“锅”型，不能再次修磨使用,有的锯片使用一次就报废。

  3. 解决方法

  3.1. 飞锯机的运动是由直流电动机驱动的，直流电动机的速度受西门子6RA70直流调速系统的控制。励磁直流电动机转矩控制公式为：

  T=CT*Φ*Ia （3）

  式中：CT—―转矩常数

  Φ—―励磁磁场

  Ia —―转子回路电流

  3.2. 力矩电机的负载特性为恒转矩负载，直流电动机可以实现恒转矩调速特性特性曲线如图3所示。

  3.3. 要实现锯切时飞锯机和钢管同步，可以利用西门子6RA70直流调速系统力矩控制来实现，锯切时有两个力矩作用在锯车上，其一是直流电动机的的驱动力矩，由直流调速器来控制，另一个来自夹具加持钢管，钢管运动产生的力矩。

  锯车重量是一定的，那么驱动锯车在某以速度匀速运动的力矩也是一定的。由公式3可知，电动机的电流与电动机的力矩成正比，可以运行空载运行锯车出电动机运行电流。可以控制电动机输出的力矩达到飞锯机保持匀速运动的95%，剩余的力矩由钢管运动通过夹具产生。

  这样锯车随钢管移动而移动，相当于锯切时用一与钢管运动速度相适应的力来推锯车，这个力只有推动锯车力矩的95%，钢管运动带动夹具运动，夹具的夹持力矩使锯车运动并与钢管运动保持同步。

  4. 同步控制实现

  设置P051=28 进行摩擦和转动惯量补偿的优化运行，大约持续40秒。设置P233=1使摩擦和转动惯量补偿功能有效。取夹紧中间继电器的一路信号输入到调速器6RA70输入36号端口，设置P687（控制字2的位27的值，0=主驱动 速度控制；1=从驱动 转矩控制）的值为B0010（36端口的值的寄存器），设置P503(再从驱动模式中转矩控制给定的乘数)的值位95.当夹具夹紧时，开始采用转矩控制，直到切断松夹到位后，36号端口变为0，回复速度电流控制控制。

  5. 结束语

  经过一段时间的实际运行，效果很好，第一解决了锯片变形的问题，“锅”型的锯片不再出现，第二锯片的使用寿命大大提高，锯片表面的磨损大大降低，重复修磨使用率提高了3倍。第三钢管和型材的管端切斜降低了一半。大大地降低了飞锯的使用成本和故障率。

  （本文选编自《电气技术》，作者为黄法春、杨振铎。）

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