針對(duì)龍門(mén)焊機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)提出的嚴(yán)格工藝要求，本文利用這一轉(zhuǎn)差互補(bǔ)原理，巧妙的解決了軌道電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)的技術(shù)難題。
龍門(mén)焊機(jī)是焊接大型鋼構(gòu)件的關(guān)鍵設(shè)備。為適應(yīng)焊接不同規(guī)格的鋼板，保證高質(zhì)量的焊接工藝，提高焊接效率，對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)既要求有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)又要求具備高精度的穩(wěn)態(tài)定位性能。對(duì)于傳統(tǒng)的大型龍門(mén)焊接系統(tǒng)，門(mén)架主傳動(dòng)一般采用兩個(gè)獨(dú)立的速度閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)兩側(cè)軌道電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，控制相對(duì)復(fù)雜，難以完全保證良好的同步；此外，采用復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)焊槍進(jìn)給與定位，由于機(jī)械耦合的連接方式導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)裝配精度要求高，改變焊接工藝需調(diào)整機(jī)械零件參數(shù)，還存在機(jī)械磨損和噪音大等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。
針對(duì)龍門(mén)焊機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)提出的嚴(yán)格工藝要求，本文采用2軸數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成高精度的焊槍位置控制；利用籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差特性，采用一臺(tái)變頻調(diào)速器，以恒定磁通的v/f開(kāi)環(huán)控制模式同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)軌道電機(jī)運(yùn)動(dòng)。在v/f開(kāi)環(huán)控制模式下，當(dāng)兩臺(tái)電機(jī)承擔(dān)的負(fù)載不同時(shí)轉(zhuǎn)差亦不相同，負(fù)載重的電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、負(fù)載輕的電機(jī)轉(zhuǎn)速較高；本文利用這一轉(zhuǎn)差互補(bǔ)原理，巧妙的解決了軌道電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)的技術(shù)難題。
焊接工藝及系統(tǒng)構(gòu)成
·焊接工藝
為保持門(mén)架受力平衡和運(yùn)行平穩(wěn)，門(mén)架左右立柱分別安裝一臺(tái)導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)式交流交流異步電機(jī)，要求兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行速度必須嚴(yán)格保持同步，同時(shí)達(dá)到d=100的調(diào)速范圍或滿足0.1m/min的穩(wěn)定焊接速度、10m/min的返程速度；其次，為滿足快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的焊接工藝要求，采用伺服電機(jī)、plc、觸摸屏與數(shù)字通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成高精度的焊接位置數(shù)控系統(tǒng)（cnc），使焊槍能夠準(zhǔn)確定位在龍門(mén)架運(yùn)動(dòng)范圍的任何一點(diǎn)，要求伺服進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為0.1mm，***大進(jìn)給速度為25m/min。
·焊接系統(tǒng)的構(gòu)成
龍門(mén)焊機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示, 焊機(jī)總體結(jié)構(gòu)分為電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng)、門(mén)架機(jī)械機(jī)構(gòu)和焊接系統(tǒng)三個(gè)部分。其中電氣傳動(dòng)包括焊槍2維定位進(jìn)給系統(tǒng)和軌道主傳動(dòng)控制，控制系統(tǒng)由人機(jī)界面、plc、伺服電機(jī)和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成；門(mén)架機(jī)械機(jī)構(gòu)包括龍門(mén)架、x－y軸高精度滾珠絲杠與活套機(jī)構(gòu)；焊接系統(tǒng)采用lincon埋弧焊電源及焊槍。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
本文重點(diǎn)介紹電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)，針對(duì)焊接工藝技術(shù)要求，根據(jù)籠型異步電動(dòng)機(jī)在磁通恒定的v/f模式下開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差特性，采取一拖二的方式，利用一臺(tái)電壓源型變頻器開(kāi)環(huán)控制兩臺(tái)軌道異步電機(jī)（m1、m2），實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)軌道電機(jī)的嚴(yán)格同步運(yùn)行；焊槍2維定位進(jìn)給系統(tǒng)采用兩臺(tái)高精度交流伺服電機(jī)(sm1、sm2) ，通過(guò)修正伺服放大器內(nèi)部參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)焊槍在龍門(mén)架運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)精確定位控制，去除以往復(fù)雜的機(jī)械耦合連接結(jié)構(gòu)，使新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
系統(tǒng)分析與參數(shù)計(jì)算
兩臺(tái)軌道異步電機(jī)通過(guò)同一臺(tái)變頻器進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，去除了以往的復(fù)雜閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)籠型異步電動(dòng)機(jī)在v/f模式下開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差特性，當(dāng)兩臺(tái)軌道電機(jī)工作在同一頻率下，系統(tǒng)在負(fù)載不同時(shí)可利用轉(zhuǎn)差率的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使得負(fù)載重的電機(jī)轉(zhuǎn)速由低變高、負(fù)載輕的電機(jī)轉(zhuǎn)速由高變低，直到實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)軌道電機(jī)的嚴(yán)格同步運(yùn)行為止。通過(guò)變頻器參數(shù)設(shè)定，可使軌道電機(jī)運(yùn)行速度從0.1～10m/min連續(xù)可調(diào)、調(diào)速范圍為d=100，外接標(biāo)準(zhǔn)能耗制動(dòng)電阻后、50hz對(duì)應(yīng)的加減速時(shí)間為0.5s，可以滿足軌道主傳動(dòng)的快速性要求。變頻器接收來(lái)自plc的控制信號(hào)，對(duì)軌道電機(jī)的正反轉(zhuǎn)（穩(wěn)速焊接與高速返回）進(jìn)行控制，并輸出故障信號(hào)給plc控制器，完善保護(hù)功能，以使用戶及時(shí)進(jìn)行故障處理。
焊槍2軸定位進(jìn)給系統(tǒng)采用兩臺(tái)高精度交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在位置控制模式下，利用簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整伺服放大器內(nèi)部參數(shù)α來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。伺服放大器對(duì)編碼器的可識(shí)別精度高達(dá)131072(p/rev)，設(shè)伺服電機(jī)減速比為i，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度n與驅(qū)動(dòng)脈沖頻率f的關(guān)系式為：
（1）
運(yùn)行速度v與電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈焊頭移動(dòng)量d的關(guān)系式為：
（2）
由公式（1）和（2）可得：
（3）
根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求，當(dāng)伺服電機(jī)減速比i為20:1，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的移動(dòng)量d=200mm，輸入脈沖頻率f設(shè)定為10khz時(shí)，取β＝100，則
α＝131v （4）
由式(4)可知，當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)工藝技術(shù)要求，需要變更焊槍橫向或縱向進(jìn)給速度v時(shí)，只要通過(guò)(4)式來(lái)修正伺服放大器內(nèi)部參數(shù)α即可，而無(wú)需更換系統(tǒng)的機(jī)械耦合裝置，以此實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的柔性調(diào)整，并使系統(tǒng)控制精度顯著提高。利用圓弧差補(bǔ)原理，根據(jù)用戶輸入的工程數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)plc內(nèi)部高速運(yùn)算處理，得出下一步進(jìn)給方向與新偏差，精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜二維平面幾何圖形的焊接。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
·系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
新型系統(tǒng)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)基于cnc系統(tǒng)的數(shù)字控制技術(shù)，以可編程控制器(plc)為控制核心，交流伺服電機(jī)(acsm)和變頻電機(jī)為執(zhí)行元件。以高速數(shù)字旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器(pg)作為生產(chǎn)線速度檢測(cè)單元，f940got觸摸屏作為人機(jī)界面，通過(guò)fx1n-485-db通訊擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息交流。焊接電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)組成如圖2所示。
圖2 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)框圖
plc以其處理速度快、邏輯控制能力強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為替代傳統(tǒng)繼電接觸器控制線路的升級(jí)換代產(chǎn)品，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中被廣泛使用。本文采用fx1n-60mt型plc作為核心控制器，直流輸入36點(diǎn)，晶體管輸出24點(diǎn)，與人機(jī)界面通過(guò)通信的方式建立連接，輸入系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)內(nèi)部邏輯運(yùn)算，輸出邏輯控制量，對(duì)運(yùn)行電機(jī)的控制器進(jìn)行數(shù)字控制。其除了具有一般邏輯和計(jì)算功能外，還具有高速脈沖串(***高100khz)輸出口(y0、y1)、ramp電機(jī)變頻軟起動(dòng)／軟制動(dòng)及高速實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)等特殊處理功能[1]，可非常方便地對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置控制或速度控制。
軌道電機(jī)采用兩臺(tái)同一型號(hào)1.5kw變頻調(diào)速電機(jī)，根據(jù)一拖二的容量要求，所采用的變頻器容量必須大于兩臺(tái)變頻電機(jī)的容量之和，因此在這里使用容量為4.0kw的交流變頻調(diào)速器。
焊槍2維定位進(jìn)給控制軸由兩臺(tái)高精度交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本文采用faldic－w系列的交流伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min,額定功率400w，該電機(jī)自帶17位即131072(p/rev)的高分辨率編碼器。伺服電機(jī)通過(guò)變速比為1:20的減速齒輪驅(qū)動(dòng)焊槍2維定位進(jìn)給控制軸，在輥輪直徑d2為200mm情況下，系統(tǒng)具有的電氣穩(wěn)態(tài)控制精度d為：
由(5)式可見(jiàn)新系統(tǒng)的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般系統(tǒng)的定位精度要求：0.1mm；盡管新的運(yùn)行伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速降低為3000r/min，額定扭矩為12.0(nm)，但由于控制精度的顯著提高和機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使得生產(chǎn)線的加工運(yùn)行速度較以往提高數(shù)倍。
系統(tǒng)中采用f940got液晶觸摸屏作為監(jiān)控生產(chǎn)工況的人機(jī)界面，利用與觸摸屏配套的組態(tài)軟件，可通過(guò)pc機(jī)對(duì)其控制界面、圖像參數(shù)或曲線進(jìn)行離線編輯，并通過(guò)com口下載到內(nèi)存。生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中，按照事先編制并固化在其內(nèi)存中的指令程序，實(shí)時(shí)監(jiān)控四個(gè)運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并獲取生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以方便地設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行所需要的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)話操作。
·系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)中，合理、簡(jiǎn)潔的用戶控制程序是實(shí)現(xiàn)軟件取代硬件、電氣軟聯(lián)結(jié)取代機(jī)械硬聯(lián)結(jié)、柔性參數(shù)調(diào)整取代剛性參數(shù)調(diào)整的重要因素。根據(jù)前述焊接電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制原理及生產(chǎn)工藝要求，利用plc的梯形圖程序設(shè)計(jì)方法，觸摸屏與plc的通信協(xié)議和觸摸屏組態(tài)軟件包，可以設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大、靈活方便、操作簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)軟件[2]。完整的系統(tǒng)軟件包括：plc控制程序、伺服系統(tǒng)—plc通訊程序、觸摸屏組態(tài)軟件三部分。因篇幅所限，僅給出plc控制程序流程圖，如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)流程圖
結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制方式來(lái)控制軌道電機(jī)，利用轉(zhuǎn)差互補(bǔ)原理解決了兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行，顯著簡(jiǎn)化了主傳動(dòng)控制系統(tǒng)；采用高精度2軸伺服系統(tǒng)改造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)了焊接工藝和參數(shù)的柔性調(diào)整，提高了焊接定位控制精度；利用plc、人－機(jī)界面與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的通信，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，具有良好的應(yīng)用前景。新系統(tǒng)可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：
·龍門(mén)架運(yùn)行速度從0.10～10 m/min連續(xù)可調(diào)；
·伺服電機(jī)***高運(yùn)行速度vm＝25m/min；
·焊槍穩(wěn)態(tài)控制精度可達(dá)到10μm；
·通過(guò)rs485工藝參數(shù)調(diào)整滿足焊接2維平面的任意幾何圖形；
·多種故障檢測(cè)并報(bào)警輸出，對(duì)所有電機(jī)綜合保護(hù)。
本系統(tǒng)已被應(yīng)用于多家大型企業(yè)，經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行證明設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該控制系統(tǒng)不僅適用于3維空間的鋼構(gòu)件精密焊接，還可推廣應(yīng)用于大型鋼板的高精確切割工藝。
YZS振動(dòng)電機(jī)是在轉(zhuǎn)子軸兩端各安裝一組可調(diào)偏心塊，利用軸及偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力得到激振力。YZS振動(dòng)電機(jī)的激振力高、能耗小、噪音低、壽命長(zhǎng)。YZS振動(dòng)電機(jī)是直線振動(dòng)篩、振動(dòng)給料機(jī)、振動(dòng)給料斗、振動(dòng)輸送機(jī)等各種振動(dòng)機(jī)械***理想的激振源，YZS振動(dòng)電機(jī)也是冶金、礦山、煤炭、建材、磨料、陶瓷、化工、糧食等工業(yè)部門(mén)的理想設(shè)備，并可用于各種料倉(cāng)、料斗、溜槽的倉(cāng)壁振動(dòng)，以防止物料滯留，促使物料快速運(yùn)動(dòng)。有著極其廣泛的應(yīng)用范圍。
YZS系列振動(dòng)電機(jī)主要特點(diǎn)：
1.使用壽命長(zhǎng)，只需定期維護(hù)軸承。
2.因利用平穩(wěn)的回轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，噪聲低。
3.激振力與出力配合適當(dāng)，機(jī)體質(zhì)量輕、體積小。
4.可多機(jī)組合成各種振動(dòng)形式，以完成各種作業(yè)要求。
5.全封閉結(jié)構(gòu)，可在任何無(wú)防爆要求的粉塵條件下工作?！?
6.只需調(diào)節(jié)兩端外側(cè)的偏心塊,使之與內(nèi)側(cè)偏心塊形成一定的夾角，就可無(wú)級(jí)調(diào)整激振力。
7.電機(jī)的設(shè)計(jì)可隨需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適用于特殊的環(huán)境：660V或60HZ特殊電壓及電源頻率，氣溫極高或極低的工作場(chǎng)所、防塵防水要求較高的場(chǎng)所、地處海拔較高的場(chǎng)所等。
YZS振動(dòng)電機(jī)是機(jī)座聯(lián)體電機(jī)，密封性能高于普通振動(dòng)電機(jī)
YZS振動(dòng)電機(jī)是動(dòng)力源與振動(dòng)源結(jié)合為一體的激振源，振動(dòng)電機(jī)是在轉(zhuǎn)子軸兩端各安裝一組可調(diào)偏心塊，利用軸及偏心塊高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力得到激振力。振動(dòng)電機(jī)的激振力利用率高、能耗小、噪音低、壽命長(zhǎng)。振動(dòng)電機(jī)的激振力可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，使用方便。振動(dòng)電機(jī)可以應(yīng)用于一般振動(dòng)機(jī)械，如：振動(dòng)破碎機(jī)、振動(dòng)篩分機(jī)、振動(dòng)打包機(jī)、振動(dòng)落砂機(jī)、振動(dòng)造型機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、振動(dòng)提升機(jī)、振動(dòng)充填機(jī)、料倉(cāng)的振動(dòng)破拱防閉塞裝置等等。廣泛的應(yīng)用在水電建設(shè)、火力發(fā)電、建筑、建材、化工、采礦、煤炭、冶金、輕工等工業(yè)部門(mén)。
YZS振動(dòng)電機(jī)除了可以應(yīng)用與一般振動(dòng)機(jī)械外，還可以組合多種振動(dòng)形式。如：平旋型，渦旋型，搖動(dòng)振動(dòng)型，組合直線型，組合長(zhǎng)橢圓型，復(fù)合雙頻型，復(fù)合雙幅型等。由這些振動(dòng)形式可以產(chǎn)生出一些過(guò)去所沒(méi)有的新型振動(dòng)機(jī)械。
YZS系列振動(dòng)電機(jī)是新型號(hào)振動(dòng)電機(jī), 特點(diǎn)是體積小巧, 外形美觀, 性價(jià)比高等。與其它振動(dòng)電機(jī)不同的是它的外殼和機(jī)座是一體鑄造完成，改進(jìn)了工藝，減少了成本，提高了防塵性能。
新鄉(xiāng)市三鑫電機(jī)制造有限公司主營(yíng)：振動(dòng)電機(jī) yzs振動(dòng)電機(jī) YZO振動(dòng)電機(jī) YZU振動(dòng)電機(jī) JZO振動(dòng)電機(jī) XVMA振動(dòng)電機(jī)VB振動(dòng)電機(jī) ZFB倉(cāng)壁振動(dòng)器 YCT調(diào)速電機(jī)
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