Система управления барабанными ножницами для поперечного резания картона

Барабанные ножницы для поперечного резания картона предназначены для работы в составе непрерывной линии по производству картона. Рассмотрим линию производства трехслойного гофрокартона.
Технологический процесс начинается с подачи верхнего и среднего слоев картона с раскатов 1 в гофрирующий пресс 2. Клеена-носящий вал гофрпресса осуществляет склеивание среднего гофрированного слоя с верхним. Нижний слой картона подается по направляющим валикам к клеенаносящему валу 3, где приклеивается к среднему слою.
На сушильном столе 4 склеенное полотно сушится, после чего поступает на станок поперечного резания (СПР) 7, где осуществляется его подвод к ножевым валам станка и резание на заданные форматы. Ножевые валы СПР функционируют по принципу летучих ножниц. Отрезанные листы гофрокартона попадают на приемное устройство 8.
Скорость современных непрерывно-поточных гофролиний достигает 300...400 м/мин. Диапазон изменения формата отрезаемых листов обычно составляет 1:5, а отклонение отрезаемого формата от заданного не должно превышать ± 1 мм. Пределы задания и точность резания потребительских форматов определяются динамическими характеристиками системы управления электроприводом ножевых валов СПР и особенностями механической конструкции станка.
На рис приведен пример реализации системы автоматического управления линией гофрокартона на базе комплектных электроприводов переменного тока и компьютерных средств автоматизации фирмы «Mitsubishi Electric».
Комплектные электроприводы секций состоят из преобразователей частоты UZ1... UZ5 Mitsubishi FR-A 540 и асинхронных электродвигателей Ml ...M5 с импульсными датчиками скорости (эн-кодерами). Алгоритмы управления процессом резания и скоростями электроприводов реализуются на программируемом контроллере 10 Mitsubishi A2SH.
Для обеспечения работы системы автоматического управления электроприводом ножевых валов СПР на измерительном колесе, расположенном после сушильного стола, установлен датчик координаты и скорости полотна 5, а на оси одного из ножевых валов установлен датчик координаты и скорости ножа 6.
Человеко-машинный интерфейс системы управления представлен постом оператора 9 Mitsubishi MAC-E700, на котором осуществляются задания скорости линии, опережения приводов линии относительно сушильной секции, форматов отрезанных листов, а также индикация скоростей и нагрузок приводов линии, фактического формата отрезанного листа, количества листов, попавших в допустимый диапазон ошибки резания, и не попавших при заданном формате, индикация рабочих режимов и состояния механизмов линии, отображение аварийных сообщений.
Для связи между программируемым контроллером, электроприводами и постом оператора используется промышленная сеть CC-Link.
Программирование системы, настройка и визуализация переходных процессов при регулировании технологических переменных в процессе резания полотна картона осуществляются с пульта инженера 11, представляющего собой портативный компьютер со специализированным программным обеспечением.
Система управления гофролинией включает в себя систему последовательного ведения приводов линии по скорости и систему управления СПР. На рис приняты следующие обозначения: 1 — гофрпресс; 2 — клеенаносящий вал; 3 — сушильный стол; 4 — измеритель полотна; 5 — ножевые валы; 6 — приемное устройство.
Система последовательного ведения предназначена для автоматического согласования скоростей регулируемых приводов линии в процессе технологических изменений рабочей скорости и в режимах пуска и останова линии. Задание скорости линии осуществляется в блоке БЗ заданием скорости ведущего привода сушильного стола 3. Для приводов, входящих в состав цепи последовательного ведения, задается опережение относительно предыдущей секции в пределах ±10 % с точностью 0,01 %. Диапазоны задания скорости и опережения — настраиваемые. Расчет и задание опережения приводов линии производятся в блоке последовательного ведения БПВ. Информация о суммарном задании скорости и опережения каждого привода поступает на вход контура скорости преобразователя частоты FR-A540. Применение векторного управления и импульсного датчика ИД в цепи обратной связи по скорости обеспечивает поддержание заданной скорости приводов с точностью ±0,01 % в статическом режиме работы, а также высокую динамику приводов линии в переходных режимах.
Система управления СПР реализует алгоритмы управления движением ножевых валов для обеспечения точного резания картонного полотна на заданные форматы.
Обеспечение точного резания возможно при выполнении двух кинематических условий: совпадение начала режущей кромки ножа с заданной границей отрезаемого полотна; во время резания линейные скорости кромки ножа и полотна должны находиться в заданном соотношении.
Поскольку резание происходит при каждом обороте ножей, то для обеспечения заданной длины отрезаемого полотна движение ножей от момента предыдущего реза до последующего должно происходить неравномерно, с замедлениями и ускорениями в зависимости от требуемого формата.
Система управления электроприводом станка решает две основные задачи: расчет заданных значений положения, скорости, ускорения ножа в зависимости от координаты картонного полотна; расчет управляющего воздействия на контур скорости электропривода ножевых валов.
При выполнении первой задачи необходимо выбрать такой закон регулирования координат ножа, чтобы максимально облегчить работу регулятора положения РП ножа на момент выполнения резания и обеспечить более мягкий режим работы механической части электропривода. Для этого путь ножа за цикл работы (один оборот) делят на зоны регулирования и синхронизации.
В зоне регулирования изменяется скорость ножа, в зоне синхронизации скорость ножа поддерживается постоянной, определяемой по условию, а кромка полотна синхронизируется с положением ножа. Резание полотна происходит в зоне синхронизации. При этом одну часть зоны синхронизации нож проходит перед моментом резания, после него следует вторая часть зоны синхронизации.
Размер зоны синхронизации до реза выбирают в зависимости от длительности переходной характеристики регулятора положения ножа; размер зоны синхронизации после момента резания определяется временем, необходимым для выполнения расчетов, определяющих параметры следующего момента резания.
Расчет координат ножа в начале и в конце зоны регулирования обеспечивается условием синхронизации скорости ножа со скоростью полотна по соотношению.
Выполнение этого условия при движении ножа в зоне регулирования позволяет входить в зону синхронизации с минимальными отклонениями положения и скорости. В качестве расчетной базы в зоне регулирования выбран закон, определяющий координату положения ножа Xz и его скорость vz в зависимости от текущей координаты кромки полотна Хп и его скорости vn.
Расчет скорости и координаты ножа осуществляет блок расчета полиномов БРП. Входными величинами БРП являются значения скорости и координаты полотна, поступающие от измерителя полотна 4. На выходе БРП формируются задания на координату Xz и скорость vz ножа.
На рис. представлены рассчитанные задания на координату Xz и скорость vz ножа, а также измеренная координата Х„ и скорость vn полотна для формата больше базового. За базовый формат Lb принята длина окружности, определяемая радиусом барабана с ножами.
Расчет длины отрезанного листа, а также расчет и формирование задания системе на новый цикл Гц, осуществляются по сигналу от блока прерывания БП, на который поступает сигнал прохождения нулевой метки импульсного датчика ножевых валов, соответствующий завершению очередного цикла резания.
Система управления построена по принципу подчиненного управления с последовательной коррекцией задания. Входным сигналом регулятора положения РП является ошибка положения ножа, рассчитанная исходя из задания на положение Хг и сигнала обратной связи по координате ножа Хн. Регулятор положения РП осуществляет расчет ошибки по положению; его характеристика имеет вид пропорционального звена с квадратичной зависимостью от ошибки. Заданием скорости является сигнал с выхода регулятора положения, просуммированный с рассчитанным заданием на скорость привода ножей vz. ПИ-регулятор скорости PC и обратная связь по скорости привода ножей реализованы в преобразователе частоты.