輕鋼龍骨生產線中定尺飛剪機的研究

蘇晶

摘 要：輕鋼龍骨是一種新型的建筑材料，廣泛用于各種建筑改造、室內裝修設置、頂棚等場所。龍骨吊頂具有重量輕、強度高、適應防水、防震、防塵、隔音等功效，同時還具有工期短、施工簡便等優點。

關鍵詞：輕鋼龍骨；定尺飛剪機

輕鋼龍骨是以優質的連續熱鍍鋅板帶為原材料，經冷彎工藝軋制，并由傳送輥連續將成型的龍骨料送出至末端的定尺飛剪機，飛剪機在傳送運動中將已軋制成型的連續龍骨料截斷為生產要求的尺寸。

由此看出定尺飛剪機是對連續移動的成型龍骨料進行精確定長截斷的設備，是整個生產線的關鍵設備。

1 定長飛剪機工作原理

伺服飛剪機工作原理如圖所示，T型龍骨出料側傳動輥由一臺直流調速系統驅動，送至飛剪機系統，由飛剪機完成最后定長裁料。飛剪系統控制全部采用PLC完成。

2 飛剪系統輸入檢測部分

（1）出料傳動側安裝增量編碼器用以檢測龍骨傳送速度及龍骨傳送位移。

（2）飛剪滑臺末端附近安裝日本基恩士光纖對射傳感器FU-77G，用以檢測龍骨出料到位，該信號用于啟動傳動側編碼器的高速計數器。

（3）PLC的另一路高速計數器，采集伺服驅動器的編碼器分頻信號，用以檢測滑臺從等待區啟動至速度同步區所移動的距離L1。

（4）觸摸屏，按鈕輸入及相關急停啟動停止等非高速信號。

3 飛剪系統輸出執行部分

（1）PLC輸出脈沖信號控制伺服系統，通過滾珠絲杠結構驅動滑臺追料及回程等動作。

（2）追料同步完成后，輸出控制氣動夾爪及氣動剪，進行剪切龍骨動作等。

4 飛剪系統運行概述

飛剪系統運行時，T型龍骨隨傳動輥勻速出料，當飛剪末端光纖對射傳感器檢測到龍骨出料后，PLC啟動出料棍的高速計數器，實時檢測出料的位移與速度，并將位移與速度實時顯示在觸摸屏上，當出料位移達到程序預設值（程序計算值）時，PLC發出指令啟動伺服電機，進行追蹤，伺服電機的運動曲線為固定斜率（由FX3UPLC的PLS2指令給定），按程序設定追蹤至與龍骨傳送速度同步后，延時T0時間，待同步速度穩定后，PLC控制啟動夾爪及氣動剪，進行下料操作，下料完畢后，滑臺高速返回初始位置，飛剪系統進入等待區，等待下一次追料啟動。

5 飛剪滑臺運動分析

該飛剪系統屬于典型的定尺截斷設備，飛剪滑臺的運動可分為5個階段，如圖所示：

5.1 等待段

如圖AB段，飛剪滑臺處于靜止階段，處于零位，待對射光纖觸發高速計數器后，PLC獲取龍骨的伸出長度，待到達預伸長度值L1時，PLC發出指令指揮滑臺按照設定運動曲線，進行追料程序，進入追蹤段。

5.2 追蹤段

如圖BC段，飛剪滑臺按照預設曲線進入追蹤段，追蹤段的速度速曲線，理論曲線（虛線）與實際曲線（實線）是有所偏差的。

5.3 同步剪切段

如圖CE段，滑臺與龍骨料進入速度同步時段，相互之間速度為零，此時可以進行切斷操作，D點是同步穩定一段時間后，PLC發出切斷命令的時間點，到E點切斷動作完成。

從追蹤段到同步剪切段D點這段時間內，PLC高速計數器計量伺服編碼器分頻信號，檢測滑臺在此段時間移動的距離，并與理論計算值進行比較，比較差值的大小用來調整下次剪切程序中龍骨預伸長度值L1的大小。此修正補償功能只在飛剪運行的前幾次使用，待誤差穩定后，便可以進行屏蔽。

5.4 減速段

如如EF段，E點時剪切操作已經完成，滑臺允許進入減速段。減速曲線按照PLC預設減速速率進行，停止后滑臺就進入返回零點階段。

5.5 反向回零段

為減少時間，此段采用高速返回，回到上次啟動的初始位置，進入下次的等待段。

5.6 等待段預伸長度值L1的確定

如圖滑臺運行曲線中，由于滑臺追蹤段的加速曲線理論與實際肯定會有偏差，為簡化程序編寫設計整體難度，系統設置固定的滑臺加速參數（伺服驅動PID和PLC脈沖指令加減速率等），在滑臺追蹤段，程序采用黑盒處理，PLC方面輸出側只發出固定加速速率指令，輸入側只檢測追蹤至同步段A-D點滑臺移動的位移L2，由此可以看出只需通過確定等待段龍骨料預伸長度L1的值，就可以決定滑臺追蹤同步后的剪切點，故L1的精度大小相對決定了定尺精度的大小，根據ABC段理想曲線理論計算出L3，上次追蹤同步后實際滑臺運行位移L2與計算位移L3的偏差，作為本次L1的修正補償。

6 從程序設計上提高飛剪精度的方法

本系統中使用三菱FX3U作為控制器，由于PLC不確定的掃描周期，對整體定尺精度有所影響，為提高定尺精度，對傳送側編碼器檢測與滑臺位移編碼器檢測利用PLC的中斷進行處理。

7 實際應用分析

實際調試中，對三菱J3系列伺服參數和PLC加速指令不斷優化后，飛剪滑臺運行高速平穩。帶料調試運行結果表明，由于程序結構的優化，和利用對上次截斷誤差檢測并不斷補償功能，基本在第三段截斷料后，精度控制在2mm之內，這個誤差與整體飛剪機機械傳動結構有關，但是已經完全滿足客戶使用要求。

參考文獻

[1]劉營營，王強，楊晉穗，等.飛剪機在帶鋼定尺剪切中的應用和研究進展[J].鍛壓裝備與制造技術，2007，42（6）：24-27.

（作者單位：大連博海自動化設備有限公司）