伺服控制系统在成型机中的应用.docx
伺服控制系统在成型机中的应用蒋勤学导语：本文基于对轮胎成型机工作原理和对伺服系统各个组成进展分析，设计了一套成型机伺服控制系统。1、引言随着国内经济的蓬勃开展，已经做完新兴代步工具进入千家万户。而作为汽车必不可少的轮胎也必然成为有车一族的消费品，因其多种应用具有广阔的市场前景。这种需求拉动了我国轮胎，橡胶行业。致使国际、国内的轮胎制造商纷纷登陆中国投资建厂，扩大消费规模，知足不断增长的轮胎需求。轮胎消费中最重要的一个环节就是轮胎的成型，各国的轮胎成型机制造商无不绞尽脑汁研究，开发高效，准确，快捷的轮胎成型设备。近年来，随着微电子技术、技术、计算机技术、当代控制技术、材料技术的快速开展以及制造工艺程度的逐步进步，伺服技术已迎来了新的开展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服开展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代沟通伺服系统。伺服系统是自动控制系统的重要组成局部，它的性能优劣直接决定与影响着自动控制系统的快速性、稳定性和准确性，机、电、液的组合成为目前工业自动化的主要技术根底。伺服控制系统用来准确地跟随或者复现某个经过的反应控制系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量系统的输出量是机械位移或者位移速度、加速度的反应控制系统，其作用是使输出的机械位移或者转角准确地跟踪输入的位移或者转角。伺服系统的构造组成和其他形式的反应控制系统没有原那么上的区别。伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进展变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵敏方便的控制。由于伺服电机响应快，速度高，并且定位精度高的特点，如今成型机普遍选用这一类电机作为送布电机和小车板控制电机。随着成型机市场对成型机精度和成型机速度的不断追求，UV平板成型机将逐渐被推向市场。随着UV平板成型机的开展，配套的伺服电机也将晋级换代。在中高端的成型机市场上将以沟通伺服电机系统为主。所以很多广告客户最终选择成型机。为迎合国内市场，局部消费厂家开场在引进国外先进技术的根底上研发消费自主品牌的成型机。2、轮胎成型机介绍轮胎成型机设备整套系统由PLC、触摸屏、伺服控制系统、执行机构等组成。轮胎的成型就是根据轮胎尺寸要求，把挂胶的帘布和带子裁断成一定长尺寸，经过贴合，挤压形成胎坯。因此，根据成型工艺的要求，设备一般包含胎体贴合鼓，带束层鼓，成型鼓，内圈传递环，外圈传递环，带束层供料架，帘布供料架，冠带层供料架，复合胶。这些设备的传动要求速度快，位置的定位准确，同时，主鼓在转动时，要求其辅助设备可以同步供料。因此，这些设备的传动采用伺服电机。在供料架的辅助传动，裁断等传动上有相关普通电机需要控制。各个机架还有很多开关点，传感器点。还有一些气动单元需要控制。另外，一台高效的成型机要可以制造不同尺寸，不同规格的胎，即在人机界面上，可以调用各种消费工艺，执行各种消费工艺，显示，记录消费状况。有的厂家还要求可以远程调试，监控等。因此，设计一台高效，构造简捷，安装调试简单，控制既集中又分散的控制系统是自动控制厂商不断追求的目的。在轮胎成型机中有诸多的气动元件，变频器需要控制，为了减少复杂的安装，我们采用了CAN总线通讯技术，即一条电缆控制多台变频器，自动化阀岛，多点传感器单元，收集多个编码器数据。这种设计由于省掉了大量的模拟量，高速计数模板，而使价格有了相当的竞争力，也使安装节省了大量的电缆铺设。可靠性大大进步。目前，带CAN总线的编码器使数据的传输再也不用担忧干扰对其的影响。图1轮胎成型机外形图3、伺服控制原理图2伺服控制原理图3.1运动控制卡运动控制卡是一种上位控制单元，可以控制伺服电机，是基于PC总线，利用高性能微处理器如DSP及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数目来控制电机的位置，它的脉冲输出形式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反应，提供机器准确的位置，纠正传动经过中产生的误差。数字输入/输出点可用于语限位、原点开关等。产品广泛应用于工业自动化控制领域中需要准确定位、定长的位置控制系统和基于PC的NC控制系统。详细就是将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起，使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能。这些功能能通过计算机方便地调用。运动控制卡不仅要发送脉冲给电机驱动器，同时承受伺服电机编码器反应的脉冲数，还承受光栅尺反应信号，进而控制伺服电机的转速。伺服驱动器既要与运动控制卡有数据线连接，其本身还要连接插座电源。假如你的运动控制卡时比拟好的卡，伺服刷新率可以到达要求，可以把编码器反应直接接到运动控制卡，形成一个整体的闭环。假设对对精度有很高的要求可以用双闭环，运动控制卡就是根据要求x-y平台运行的位置，控制电机运动到准确的位置。3.2PC总线现有的放开式数控系统实现方案主要采用PC机和数控系统结合的方法，PC机作为上位机实现较为复杂的网络通讯，人机交互等功能，数控系统作为下位机将上位机输入的运行参数经过处理交给执行部件执行，同时将检测系统的反应信息上传给上位机实现实时监控，各个模块之间协调工作互不干扰，给系统晋级带来了方便。放开式系统动态控制器的核心是DSP，它具有运算速度快，支持复杂运动算法的特点，可以知足高精度运动控制的要求，因此，以DSP为核心的多轴动态控制卡越来越广泛地应用在运动控制系统中，将多轴动态控制卡插在PC机扩展槽上，就可以组成高精度运动控制系统，位置反应信号的收集、闭环控制计算及控制量的输出均由动态控制卡完成，极大的进步了运算速度和控制响应速度，将工控机的资源从烦琐的数据收集和计算中解决出来，进而可以更好的施行整个控制系统的治理。3.3驱动器伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通沟通马达。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器DSP作为控制核心，可以实现比拟复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块IPM为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还参加软启动电路，以减小启动经过对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或市电进展整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或者市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步沟通伺服电机。功率驱动单元的整个经过可以简单的讲就是AC-DC-AC的经过。整流单元AC-DC主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的高端。编码器encoder是将信号或者数据进展编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。驱动器是一个驱动放大元件，只是把上位机如运动控制卡发来的一些信号进展放大，以致使电机可以运转起来。MAC系列运动控制卡是基于总线的电机运动控制卡。采用专用控制芯片为核心器件，输入输出信号均为光电隔离，可与各种类型的步进电机驱动器连接，驱动步进电机，构成高精度位置控制系统或者调速系统。可与PC机构成主从式控制构造：PC机负责人机界面的治理和其它治理工作；而控制卡负责运动控制方面的所有细节。用户通过我们提供的动态链接库可方便快速的开发出自己需要的运动控制功能。图2为伺服驱动器构造图图3伺服驱动器构造图4、伺服控制系统设计机电一体化的伺服控制系统的构造,类型繁多,但从自动控制理论的角度来分析,伺服控制系统一般包括控制器,被控对象,执行环节,检测环节,比拟环节等五局部。1、比拟环节比拟环节是将输入的指令信号与系统的反应信号进展比拟,以获得输出与输入间的偏向信号的环节,通常由专门的电路或者计算机来实现。2、控制器控制器通常是计算机或者PID控制电路,其主要任务是比照较元件输出的偏向信号进展变换处理,以控制执行元件按要求动作。3、执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能,驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或者液压,气动伺服机构等。4、被控对象机械参数目包括位移，速度，加速度，力，和力矩为被控对象。5、检测环节检测环节是指可以对输出进展测量并转换成比拟环节所需要的量纲的装置,一般包括传感器和转换电路。5、结论本文设计的伺服控制系统性能优越保证了绕线的运动平稳性及准确性。在运行效果上完全可以和进口伺服系统媲美，在性价比上具有较高的优越性。此轮胎成型机充分结合了伺服的响应快、定位准确、运行平稳等优点。经过客户的试用，成型出来的轮胎都符合客户要求，各项指标都到达要求，同时还进步了消费效率，使客户到达最大满足度。此设备向客户充分展示了伺服控制系统的上风，同时也进步了成型机设备在市场上的竞争力。
