Lenze伺服在無縫化鋼管生產(chǎn)線上的應(yīng)用
一、無縫化鋼管的工藝簡介
鋼管的無縫化主要是通過張力減徑來完成的，張力減徑過程是空心母材不帶芯棒的連續(xù)軋制過程。在保證母管焊接質(zhì)量的前提下，焊管張力減徑工藝是將焊管整體加熱到950攝氏度以上，再經(jīng)張力減徑機(jī)（張力減徑機(jī)共有24道次）軋制成各種外徑與壁厚的成品管，采用此工藝所生產(chǎn)的熱軋鋼管與普通的高頻焊管有本質(zhì)的區(qū)別,通過加熱爐加熱后其焊縫與母體的金相組織和機(jī)械性能可以達(dá)到完全一致此外 ，通過多道次的張力減徑機(jī)軋制和自動(dòng)控制使得鋼管的尺寸精度(尤其是管體圓度和壁厚精度)優(yōu)于同類無縫管。世界發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的流體管，鍋爐管中已大量采用焊管無縫化工藝，隨著社會(huì)的發(fā)展，國內(nèi)熱軋焊管逐步代替無縫管的局面已經(jīng)形成。
二、LENZE伺服93EK驅(qū)動(dòng)器簡介：
屬于電子凸輪型驅(qū)動(dòng)器，凸輪型伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置電子凸輪發(fā)生器，可同時(shí)自由編程8 條凸輪曲線。與傳統(tǒng)機(jī)械式凸輪系統(tǒng)相比，更易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜輪廓的曲線修改和工藝的快速更新，并有效克服機(jī)械凸輪系統(tǒng)易磨損，改造周期長，成本高的缺點(diǎn)，及其對集中的大功率驅(qū)動(dòng)的要求。
1、凸輪曲線之間可在線切換，且沒有時(shí)滯
2、內(nèi)置尋零及糾偏等功能
3、內(nèi)置延展/ 壓縮及x/y 方向的偏置
4、利用GDC 內(nèi)置的曲線編輯工具可方便的編輯各種曲線
5、可虛擬上位機(jī)
三、系統(tǒng)組成
由于本系統(tǒng)的負(fù)載慣量較大，所以采用兩套伺服拖動(dòng)（如圖1），兩套伺服及主頻電機(jī)與上位機(jī)的通訊采用的是PROFIBUS-DP通訊。主頻是通過ITD TTL 4096編碼器發(fā)出的，為93EK主電機(jī)提供工件行走的頻率信號。兩臺(tái)伺服控制器之間采用LENZE系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置CAN來進(jìn)行通信的。
1、飛鋸的切割工藝
切刀是由一個(gè)3000rpm/分異步電機(jī)控制的鋸片，安裝在曲柄上，由曲柄通過兩臺(tái)93EK控制，切刀每旋轉(zhuǎn)360°實(shí)現(xiàn)一次切割，完成一個(gè)切割周期，工藝要求在切割的過程中，切鋸的速度應(yīng)與被切割工件的線速度一致，才能保證切割順利進(jìn)行，否則被切割的工件不能合格，或者造成鋸片的損壞。由于切刀是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而工件是直線運(yùn)動(dòng)，因此，在切割的過程中，是一個(gè)變速的過程，才能保證切刀與工件的線速度完全一致（如圖2）。由于切刀是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而工件是直線運(yùn)動(dòng)，因此，在切割的過程中，是一個(gè)變速的過程，才能保證切刀與工件的線速度完全一致（如圖2）。
圖2 切割曲線（藍(lán)色為位移曲線，綠色為速度曲線）
2、通過GDC軟件進(jìn)行編程
控制器內(nèi)部應(yīng)用到的GDC功能塊：MCTRL、HOMING、CDATA、DFIN、REFC、RFGPH2等。主機(jī)功能塊結(jié)構(gòu)簡圖如（圖3）：
圖3 功能塊邏輯圖
從機(jī)采用的是轉(zhuǎn)矩控制方式，當(dāng)把93EK設(shè)定為轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，MCTRL-N-SET即作為速度限制上限端口，與MCTRL-N2-LIM端一起構(gòu)成速度的上下限幅端口來使用，如（圖4），當(dāng)MCTRL-N/M-SWT置1有效時(shí)，選擇轉(zhuǎn)矩控制方式流程。從機(jī)MCTRL-M-ADD是由主機(jī)的MCTRL-M-SET2通過CAN-IN2.W3給出。從機(jī)的速度限制值是由主機(jī)MCTRL-N-SET2通過CAN-IN2.W2，給到從機(jī)，然后取絕對值乘以一定的比例系數(shù)作為上下極限值給到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM，作為速度的上下限制（如圖5），防止電機(jī)由于轉(zhuǎn)矩的突然變化而造成電機(jī)失控的現(xiàn)象發(fā)生，本案例采用的限制的范圍值為±120％。
圖4 MCTRL功能塊圖
4、手動(dòng)調(diào)節(jié)功能
在93EK里沒有內(nèi)置的手動(dòng)調(diào)節(jié)功能，而手動(dòng)功能又是在設(shè)備調(diào)試、維修過程中必不可少的功能，因此本系統(tǒng)利用了“RFGPH2”功能塊（如圖6），實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)功能，每次手動(dòng)之后，要做Homing尋零回到起始零位，以準(zhǔn)備下一次自動(dòng)切割開始。
5、尋零功能
根據(jù)工藝設(shè)定，切割切入點(diǎn)應(yīng)該140°左右，根據(jù)計(jì)算，原點(diǎn)正對切割中點(diǎn)的位置，所以，零點(diǎn)開關(guān)應(yīng)安裝在與切割中點(diǎn)成180°的位置，如果有小的偏差，可以通過REFC-Homing功能塊調(diào)節(jié)（如圖7）。
1、負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，以目前市場上所提供的電機(jī)功率，還不能用一臺(tái)就可以輕松實(shí)現(xiàn)，因此，本系統(tǒng)應(yīng)用了兩臺(tái)電機(jī)來控制同一負(fù)載，解決了由于電機(jī)功率不能滿足要求所帶來的問題。
2、通過CAN總線，實(shí)現(xiàn)了主從同步，使從機(jī)的速度和力矩輸出與主機(jī)的一致。
3、附加了手動(dòng)功能，無論給客戶的調(diào)試還是維修都帶來了極大的方便，同時(shí)也充分發(fā)揮了LENZE EVS93EK伺服強(qiáng)大的可編程的功能。
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