时光科技伺服系统在直缝管制管成型机项目中的应用

　　摘要：直缝钢管成型机在国内的生产厂家不多，时光科技针对此项目做了改造，以提高系统能效。通过时光伺服控制器，实现系统中的精准定位、内部PLC实现多信息处理、并降低客户成本，是大型设备的典型应用案例。

　　引言

　　某锻压机械厂制造的数控直缝管成型机以前的定位控制系统买荷兰一家数控成套产品，来控制主机滑块的升降，和推料小车的定位，系统为手动设定数值定位。由于成套数控产品的成本价格太高，维护费用高。且手动控制进给。要求以伺服控制器合成PLC来完成折弯钢板的精确送料。及成套自动控制动作。为此与时光科技公司只对该项目作了改造方案。

　　1、项目概述

　　直缝钢管成型机为大型制管机械，国内生产厂家不多，产品主要供应欧美及国内大型石油管道加工厂。此项目采用了时光IMS系列伺服控制系统。时光IMS伺服控制系统具有如下特点：

　　? 可实现电机平稳运行于0.01Hz～250Hz工作范围；

　　? 电机运行速率低于50Hz时可实现3倍电机额定转矩输出，包括电机0Hz锁定时的3倍电机额定转矩输出，有效地解决了工件加工过程中偶尔出现的堵转现象，保证了器件加工的高效率输出；

　　? 内置PLC功能（16入/13出），通过QMCL软件编程的方式对所有I/O进行自定义设计。使用I/O方式接收相应动作信号及告知上位PLC。

　　? 使用QMCL语言编译的程序，可以灵活的设定电气零点，通过程序定义好的参数设置偏置值来保证机械原位与电气零点的可靠结合。而且由软件根据机械实际情况设计的间隙补偿量与机械结合更加紧密，由于各类补偿是作为参数设定的，因此可根据实际情况及长时间使用造成的间隙改变做出相应调整。极大方便了系统调试和维护。

　　? 系统参数任意设定电机运行时的S曲线和转矩限幅值。

　　

　　图1 成型机

　　2、项目实施情况介绍

　　首先将裁好的钢板通过辊道的传送对中到主机滑块的横向中心线，对中到位以后，由触摸屏设定的钢板的参数，钢板的长度，宽度，厚度系统会计算出左右小车在第一刀压制的位置。通过RS422通信连接告知时光伺服控制器。伺服控制器根据主机滑块的中心线位置走绝对位置推动钢板到折弯第一刀位置。PLC驱动主机滑块的下降压弯，主机滑块的位置、原点、上升、下降，以及压力。

　　系统根据操作员输入的板宽自动计算出每一刀压制的位置与折弯的次数。每一次压弯完成后左右小车夹板推行定位一次，直到折弯制管结束。

　　推料小车驱动电机有IMS伺服控制器进行位置控制，通过编码器（PG）构成位置闭环系统，所有的位置开关，零位开关 ，所有的使能信号直接联入相应控制器的接口作为控制信号。控制器利用内部PLC功能通过I/O信号和RS422通信对参数的接收和相应的处理。内部PLC作为一个智能从站，对编码器反馈的速度位置及时地反映到触摸屏上。自身控制的部分功能自己诊断处理。故障保护：IMS伺服控制器把历史故障和实时故障，反映到触摸屏显示。电机运行中的实时数据如转矩，电流，电压，速度，位置。都在第一时间反映到人机界面。用户由触摸屏设定的技术参数同通过RS422传送到IMS伺服控制器去做处理。这样由PLC控制的多数据高精度定位控制就可以实现了。制管成型机示意见图1。

　　

　　图1 直缝管制管成型机的整体系统示意图

　　

　　3、项目效果

　　? IMS伺服控制器调速比为1：5000，远高于设计所要求的1：3000。经过实用考核验证，小车在该调速比下能够可靠运行，并满足两轴进给大型直缝管制造的进给要求。

　　? 由于IMS伺服控制器采用的是输出转速与转矩的“解耦控制”，在电机基频（50Hz）以下能够保证3倍电机额定转矩的平稳输出。满足滑台机构对于电机的低速大转矩平稳输出要求，以及在负载发生波动时依然能够保证进给速率的稳定与正常。

　　? IMS伺服控制器位置控制范围为4字节编码器脉冲数。本套系统采用标配的2500线编码器，其位置控制范围远远超过小车的实际工作范围8m。经过实测重复定位精度误差为±0.002mm。满足设备设计要求的定位误差小于±0.005mm。

　　? 使用QMCL语言可实现对电机的灵活动作控制，配合实际工作情况，解决了电机的基本控制数字和模拟信号的逻辑控制。使电机控制更加的灵活应用。简单方便。

　　? 时光IMS系列伺服控制器允许输入电压波动范围为±10％，在此范围内均可保证系统的可靠运行，满足低电压低转速时大转矩可靠输出的系统设计要求。

　　? 解决原电液伺服系统存在的噪音、振动、漏油以及安装、维护和调试过程中存在的问题或缺陷。

　　表1 IMS伺服控制器实测结果

　　

　　4、客户评价

　　? 常用管径加工周期由原来的25分钟提升至18分。对于设备使用厂家来说效率就意味着产量和利润，其重要性不言而喻，本项指标的提高也是最令设备使用厂家感到欣喜和满意的地方。

　　? 系统具有极佳的可靠性与稳定性，维护简便。相对于传统设备的液电伺服系统，由于本套设备采用了三相异步电机作为驱动电机，因此极大地简化了设备维护工作。系统的可靠性和稳定性对于批量加工企业来说非常重要，在整个调试阶段IMS伺服控制器始终处于无故障运行使厂家感到非常满意。

　　? 简单明了的参数设计。绝大多数伺服驱动系统参数都是相对固定的，对于锻压行业来说有些参数需要进行相应转换后才能便于操作者的理解。IMS伺服控制器通过软件设计出来的参数含义可直接按照用户的要求进行相应设计，极大方便了设备操作者和使用者。

　　? IMS伺服控制器内部集成了PLC功能，I/O使用起来更加灵活方便，在简化了系统集成整体设计方案难度的同时也减少了部分硬件成本。