SIEMENS通化市西门子中国总代理商-西门子变频器伺服电机总代理

本文拟就伺服系统在货架冷弯机组中的具体应用及系统调试特点，与PLC控制系统的软硬件配置接口及控制方案的实现等进行探讨分析。

上世纪六十年代以来，各国相继设计和发展了自动化程度很高的物流存储系统--货架，且普遍采用多层钢货架结构，其承重结构组件也多采用冷弯薄壁多孔型钢；由于组合式货架钢结构体系设计与装配上的要求，需要在特定冷弯型钢的立面、侧面冲压出一系列的具有一定分布规律和精度要求的孔或不规则的连续装配孔洞，以便用螺栓或其他的机械扣接等方式装配成结构件，构成特有的冷弯薄壁多孔、截面复杂的货架钢结构体系特征；使用先进的在线预冲孔货架冷弯成型技术及设备生产的货架组件可有效降低材料消耗，确保冷弯成型截面的冷弯性能、孔位精度和表面质量，提高货架钢结构装配时的工作效率，极大地提高货架钢结构的稳定性和可靠性，伺服系统为在线预冲孔货架冷弯成型技术及设备的重要组成部分。

►货架冷弯机组系统功能介绍

1 系统配置：

货架冷弯机组系统由开卷机、校平机、切头焊接机组、伺服送料机组、在线冲孔压力机、冷弯机组、定尺飞剪、出料架等基本结构组成，(如图1所示)。也形成了货架冷弯组件特有的冷弯成型工艺特点。根据从生产现场采集到的数据分析，实际孔位控制精度σ基本稳定在±0.15mm以内，且孔位误差符合正态分布规律，电气控制精度确保在一个旋转编码脉冲上漂移，从根本上也保证了总长度上的累积误差Zui小，基本稳定在6σ以内。由此也对货架组件的冷弯制造工艺提出了更高的要求，并形成了货架组件特定的冷弯生产关键技术和设备。  

图1：系统基本设备结构图

2 发展方向：

伺服系统一般有两个发展方向。一个是满足一般工业应用要求，在对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品—伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。

伺服技术在冷弯成型设备中的应用涉及到这两类发展方向，上位机的选择涉及CNC系统或可编程控制器（PLC），并通过伺服系统配置的标准串行通信接口（如RS-232C、RS-422接口、专用多芯线缆接口等）和专用的局域网接口进行系统控制和数据传输与处理，系统实现如下功能：运用伺服电机、伺服控制器构成的在线伺服装置实现在线冲孔jingque定位控制组块、运用变频电机、变频器等构成的系统主体传动系统实现产品在线长度液压切断定位控制，货架冷弯成型设备的系统运行参数通过人机对话的方式来设置，伺服系统参数的在线调试设定及其自整定功能、系统故障自诊断与分析功能等需要结合机组的生产工艺性及其现场采集的数据及其处理结果并结合选用的上位控制机系统和软件配置进行设定和调试。

3 控制算法：

冷弯成型设备采用从主传动电机轴端的位置旋转编码器采集位置和速度信号，在冷弯型材某个平面接触旋转编码器采样信号，构成系统主传动交流变频电机的运动控制内、外部闭环速度位置调节系统，内部速度控制闭环采用速度实时检测控制算法。这样不仅使电机的低速性能得到提高，速度波动和转矩波动降到Zui低，还确保了冷弯成型过程的运行稳定和速度控制，外部位置控制闭环采用PID运动控制算法，确保冷弯成型过程的位置定位控制精度和位置定位效率。

比如，某公司的货架冷弯成型机组的主传动电机功率达到37KW，基本控制定位精度在±0.5mm左右，Zui高控制精度在±0.1mm左右，实际位置控制时间小于500ms；在线伺服冲孔装置通过接口与外部被动运动端测量的旋转编码器构成高精度的全闭环位置定位调节系统，能使机械加工误差、齿轮间隙、结构受力弹性变形等误差所造成的影响降低到Zui小。

目前应用在货架冷弯成型设备中的伺服控制器都采用了多种新算法。目前比较常用的算法主要有PID/IPD（比例微分积分）控制切换、前馈控制、速度实时监控、共振抑制控制、可变增益控制、振动抑制控制、模型规范适应控制、反复控制、预测控制、模型跟踪控制、在线自动修正控制、模糊控制、神经网络控制等；通过采用这些功能算法，可以使伺服控制器的响应速度、稳定性、准确性和可操作性都达到了很高的水平，实现了真正意义上的全数字控制。