Lenze伺服裝置的特性、原理及在非晶制帶機(jī)組中的應(yīng)用

引 言

非晶制帶過(guò)程中，調(diào)節(jié)噴嘴與冷卻輥間距大小來(lái)控制帶材厚度和橫向厚差，噴嘴與冷卻輥的間距控制精度是帶材厚度精度的關(guān)鍵之一，本文介紹了Lenze伺服系統(tǒng)在高精度位置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。圖1是噴嘴包與冷卻輥輥面間距的示意圖，制帶時(shí)，噴嘴包中的鋼水經(jīng)過(guò)噴嘴流到冷卻輥面上，冷卻輥以恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼水冷卻形成帶材，帶材厚度H和噴嘴與冷卻輥間距P 成正比關(guān)系，P1一P2=△P決定帶材的橫向公差，在P1和P 2的位置分別安裝2臺(tái)伺服電機(jī)，調(diào)整噴嘴與冷卻輥的間距。

2 Lenze伺服系統(tǒng)

2.1 技術(shù)要求

噴嘴包上下行程100mm；升降速度0-2mm／s；升降控制精度±2μm；分辨率1μm。

2.2 設(shè)備選型

根據(jù)技術(shù)要求和生產(chǎn)中的實(shí)際情況，設(shè)備選型的技術(shù)參數(shù)要滿(mǎn)足和優(yōu)于技術(shù)要求的指標(biāo)，特別是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要有一定裕度，電機(jī)選用交流異步伺服電機(jī)，型號(hào)MDSKABS056—22，額定頻率140Hz，額定功率0.8kw，最大轉(zhuǎn)矩10Nm，額定轉(zhuǎn)矩2Nm，額定轉(zhuǎn)速3950／min，額定電流 2.4A，伺服控制器選用位置控制單元，其性能指標(biāo)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)要匹配，型號(hào)為EVS9323一EP位置伺服控制器參數(shù)分別是：額定電流3.9A，斬波頻率廠f=8kHz時(shí)，最大電流5.9A，最大轉(zhuǎn)矩7.3Nm；斬波頻率f=16kHz時(shí)，最大電流4.4A，最大轉(zhuǎn)矩5.3Nm；選用的伺服驅(qū)動(dòng)控制器額定電流和最大轉(zhuǎn)矩均能滿(mǎn)足要求并且有一定的裕度。根據(jù)實(shí)際情況還要選用與之匹配的制動(dòng)單元，選擇制動(dòng)電阻471-1和制動(dòng)周期1％／4S，最大制動(dòng)功率小于 12kw，其制動(dòng)單元選用型號(hào)為EMB9351一E。反饋單元的選用HEIDEENHAIN公司的直線光柵尺，型號(hào)為L(zhǎng)S476一MLI20，量程 0～120mm，步距為0.1μm，精度等級(jí)±3μm，增量信號(hào)為～1Vpp，柵距／信號(hào)周期為20μm。通訊模塊選用EMF2173IB，上掛西門(mén)子 S7—300的PROFIBUS-DP總線。

2.3 Lenze伺服系統(tǒng)特點(diǎn)

EVS9323一EP位置伺服控制器具有電機(jī)參數(shù)自整定功能，不需要人工輸入電機(jī)參數(shù)；內(nèi)置PID軟模塊只需設(shè)定參數(shù)，不需人工編程；滑差補(bǔ)償特性能夠提高控制精度；在有反饋時(shí)，靜態(tài)力矩仍可達(dá)到額定力矩輸出，適合升降機(jī)的位置控制；動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間lms；力矩控制范圍1：100，轉(zhuǎn)矩環(huán)循環(huán)周期 62μs；位置控制單元分辨率16位，位置環(huán)閉環(huán)周期，給定值1ms，實(shí)際值500μs；位置反饋單元分辨率16位。因此，EVS9323一EP位置伺服控制器性能和特性適合噴嘴包與冷卻輥間距的高精度位置控制。

3 機(jī)組的位置控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)采用西門(mén)子 7—300PLC，CPU是315— 2DP，模擬量輸入模塊SM321，模擬量輸出模塊SM322，電源模塊PS307，觸摸操作屏選用OP370，與上位機(jī)通訊模塊CP343—1。圖2是機(jī)組的位置控制系統(tǒng)框圖。

3.2 控制原理

首先需要人工標(biāo)定最小的噴嘴與冷卻輥間距，定義為P0，此時(shí)P1=P2=P3。，即P1-P2 =△P=0，其次在操作屏上設(shè)定帶材厚度H，CPU計(jì)算噴嘴與-冷卻輥間距P，P值分別給定2臺(tái)Lenze伺服控制器，內(nèi)置PID軟模塊計(jì)算位置偏差，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)2臺(tái)伺服電機(jī)，傳動(dòng)噴嘴包升降，光柵尺檢測(cè)位移量，到達(dá)位置后，控制器發(fā)出停止信號(hào)。測(cè)厚儀檢測(cè)帶厚，CPU 比較設(shè)定厚度與實(shí)際厚度之差△H=H—H1，當(dāng)△H 小于公差范圍a 時(shí)，△Px=0，不用修正位置給定信號(hào)P，當(dāng)△H 大于公差范圍口時(shí)，△Px= na+b，修正位置給定信號(hào)P，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。圖3為伺服位置控制原理框圖。

3.3 位置閉環(huán)系統(tǒng)控制精度測(cè)試

機(jī)組在調(diào)試時(shí)，對(duì)Lenze伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制精度進(jìn)行了測(cè)試，使用lenze公司的ODLS8激光測(cè)距傳感器，其量程25mm，分辨率 0.01mm，測(cè)量時(shí)間≤1Oms，絕對(duì)測(cè)量精度±0.5％，重復(fù)精度士0.1％，分別安裝在噴嘴包兩測(cè)，檢測(cè)噴嘴包的移動(dòng)位置。表l中的數(shù)據(jù)是10次檢測(cè)結(jié)果。Lenze伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制精度完全滿(mǎn)足機(jī)組的技術(shù)要求，并且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中得到了很好的驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

Lenze9300位置伺服控制裝置在非晶制帶機(jī)組的成功應(yīng)用，體現(xiàn)了其優(yōu)異的性能、很高的可靠性，是高精度位置控制系統(tǒng)較為理想的傳動(dòng)裝置。