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►货架冷弯成型机组的系统

1 基本组成：

该系统由五部分组成，即计算机（PC）或PLC构成的上位控制系统、伺服驱动控制卡、交流伺服调速系统（交流伺服控制器、伺服电机、相应的控制电缆等）、传感检测反馈系统及相应辅助执行系统。

图2：系统组成及工作原理

2 工作原理：

上位主控系统与伺服驱动控制卡相连，可以通过数据线发送位置或速度调节指令，设定PID调节参数（程序设计过程中将其作开放性设计，便于在线作适应性调整），并进行数模（D/A）转换，通过相应的控制板卡输出±10V的模拟信号并经过交流伺服控制器转换后驱动伺服电动机，在电机轴端装有增量式旋转编码器或在被传动的受控物体上设置测量辊和增量式旋转编码器转换装置，并通过旋转编码器提供反馈信号（A、B、IN脉冲）来完成伺服系统的位置半闭环或封闭环位置反馈控制系统。位置反馈环中的传感元件-增量式光电编码器将运动构件实时的位移（或转角）变化量以A、B相差分脉冲形式长线传输到现场控制站（PC机或PLC）中进行编码器脉冲计数，以获得数字化位置、速度等信息，主控上位机计算出给定位置与实际位置（即反馈到的位置）的偏差并根据偏差范围采取相应的PID控制策略，将数字控制作用经数模转换变成模拟控制电压，并输出给伺服放大器，Zui终调节电机的运动（正、反转和定位停止等），完成期望值的重复多次定位，在控制原理上实现小误差高精度的快速位置定位；辅助执行系统完成相应的压力机工作循环实现冲压工序等。

►控制系统设计的几个主要问题

1 输入信号的控制精度

增量式编码器的每转脉冲数及测量辊的圆周长，如：φ90测量辊配每转输出1000个脉冲的光电编码器与每转输出2000个脉冲的光电编码器之间的差异、φ50测量辊与φ90测量辊的控制精度差异；Zui终反映出来的就是每个输出脉冲所对应的长度值，即圆周长与每转输出脉冲数的比值，尽量选择比值小的产品。

2 输出信号的控制精度：

由于测量信号滞后和控制传送滞后、位置环PID控制算法上的不同，参数整定所确定的Kp、Ki、Kd及采样周期T等，在数字PID调节控制系统中，在过程的开始、结束或大幅增加设定值时，会产生积分积累，引起系统较大的超调，甚至振荡，这对于伺服电机的运行来说是不利的。

系统的机械精度控制在一定误差范围内，电气控制精度（编码器脉冲）就可得到提高，鲁棒性强，可以在很多场合达到较高精度位置控制的要求，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。

为了保护伺服控制器和电机等设备，考虑到系统中含有很多对静电敏感的元器件（如：晶闸管），其承受过电压和过电流的能力差等因素，要严格按有关标准设计、安装，例如充分考虑伺服控制器和电机的安全容量，采用内、外保护接地，外部保护接零，弱电信号线、动力线、速度反馈线屏蔽，屏蔽线与未屏蔽线分开等防止措施。

►机组运动位置控制及调试

货架冷弯机组的整线运行速度和生产率要求都很高，如在线交流伺服的Zui高转速达到60M/min，整线运行速度达到20M/min，该系统必须具备高定位精度和高运动速度的特性，由于交流伺服系统必须有良好的运动控制特性，普通的变频调速无法达到要求，采用了伺服控制器加交流伺服电机的方案。

货架冷弯生产线在正常生产前，需要在手动工作模式下进行穿引带调试工作，通过操作手柄、控制面板上的动作按钮操作调试设备，并检查和人为设置报警故障模式，如料尾无料停机保护、伺服送料不到位故障、各单项顺序动作的实现和快速反应程度等；确认上述调试过程无误后将机组工作模式转化为自动工作模式下进行整线联机调试，通过冷弯制件的尺寸精度检查和分析，排除冷弯模具、工装设备制造调试精度等的影响，确认设备的操作性、维修方便性、定尺控制精度等，其中的调试关键和难点在：伺服定长送料装置的运行稳定性和精度保持性、定长剪切断装置的控制精度和运行方式的选择。

由于交流伺服系统存在参数时变、负载扰动以及伺服电机自身和被控对象的严重非线性、强耦合性等不确定因素，必须在线修订模糊控制的数学模型和控制敏感参数，相应的PID控制参数，以实现系统无超调和振荡现象。我们在工作现场就发生过伺服控制系统工作丢步、工作不协调、伺服不明飞车等偶然故障，并通过更换相应电缆和排除干扰源的方法来解决。

比如，货架冷弯机组在线预冲孔装置的伺服系统带负载运行时存在系统与负载动态匹配的问题，货架冷弯机组在设计时会考虑使用多板厚同规格的系列产品、或通过不同的冷弯工艺在一条生产线上生产不同规格尺寸的货架产品，故交流位置伺服系统的负载的大小和性质会发生多种变化，甚至相同规格卷料的更换也会造成负载的不稳定与变化，这种变化将使系统的性能特别是动态性能变坏，使运动出现振荡、超调甚至于不能稳定运行，必须在调试现场得到系统所带负载的动态性能指标和伺服系统在线带负载时的动态性能指标，在调试过程中对系统进行动态性能分析与测定，并凭经验由人工进行现场在线调试工作，调试现场也需要配合相当的人力进行相关数据的收集整理、数据分析处理等，也易造成相当高的调试废料，在调试过程中还存在相当的未知影响因素等；这都要求工程技术人员有较强的专业知识和丰富的现场经验来处理。