摘要

　　横切机在钢铁冶金行业中主要应用于需要快速剪切且剪切材料连续运行的生产设备上。在保证金属连续剪切长度精度的前提下，提高生产效率，避免因非连续生产造成的各种缺陷，控制上需要较快地控制器运算速度和较高的检测设备元件精度。使用Lenze伦茨标准模板的9400伺服控制器，客户可以在连续加工过程中实现各种循环速度控制。

　　1 前言

　　横切机的一个发展趋势就是自动化程度越来越高。随着机电一体化进程的发展和提高以及轧制速度的日益提升，自动化趋势已成为必然的发展方向。首先，轧制流水线生产越来越先进，轧制速度也越来越快，仅依靠人工操作已无法适应轧制工艺的发展。为了让手工操作不再阻碍轧制工艺的改进，必然要求提高轧制工艺中的自动化程度，才能适应现代工业发展的要求。Lenze伦茨产品具备优异的性能、灵活的配置、高精确度、高动态响应、高过载力以及节能等特点，可满足横切应用的各项要求。Lenze伦茨倡导智能化的驱动系统，将上位机的部分功能下移到驱动器中构成了具有智能功能的驱动器——9400伺服控制器。伺服控制器内置电子凸轮发生器，可同时自由编程凸轮曲线代替机械式凸轮应用，因此9400伺服控制器可轻松实现横切机电气控制系统的构成，同时通过使用Lenze标准横切机模板，只需修改相关的工艺参数和电机参数，便可很快地完成横切应用的调试，大大地提升调试效率。

　　2 横切设备的结构

　　典型的横切设备如下图所示。此系统可实现旋转式同步动态滚切，上下两组切刀同时被伺服电机带动，各相对旋转。当上刀刀刃旋转至正下方时，下刀刀刃恰好转至正上方，方可执行正确的滚切。每次滚刀旋转一圈，便自动将材料切断一次，伺服电机只要在相同的方向上连续旋转，滚刀便能够实现连续裁切。

　　图1 典型的模切工艺

　　控制系统(PLC)将主轴的编码器信号引入伺服控制器的数频模块作为切长的计算信号，切长给定和控制信号通过总线送给伺服控制器，伺服根据设定的切长，内部自己规划运动曲线，完成剪切动作。

　　图2 横切系统的构成

　　3 Lenze伦茨解决方案和主要功能

　　3.1 9400伺服控制器

　　9400系列伺服是Lenze伦茨新一代高端伺服系列产品，分为单轴和多轴两种系列。产品采用32位操作系统以确保伺服的高效稳定运行，产品内部可支持Modular工作方式和余数补偿机制，可以有效避免计算误差和累积误差的产生。此外，9400还采用简单易学的CFC编程语言，具有多任务处理系统，并使用全新的安装方式，具有模块化设计，易于集成等优点，并且标配CAN总线接口以及8路开关量输入、4路开关量输出、2路模拟量输入和2路模拟量输出，同时，它还配有两个通讯扩展端口，可安装Ethernet、CanOpen、DeviceNet、EtherCAT、EtherNet、EthernetPowerlink (MN+CN)、InterBus 和Digital frequency等模块。

　　3.2 MCA异步伺服电机

　　Lenze伦茨MCA异步伺服电机，具有精度高、耐冲击、寿命长等优点。通过直接输入电机C86参数号即可得到正确的配置，甚至无需参数的自动识别，只需简单调试三环控制即可改善多轴系统的跟随性能。

　　3.3 Lenze伦茨横切机标准模块

　　在横切机模板中运动曲线被分为两部分：

　　1、同步阶段(剪切段)：在这阶段运动中，材料被剪切。滚刀与材料同步以保证高的剪切精度。在这阶段滚刀速度取决于滚刀外圆剪切周长和材料进给速度。在此段的异步运动会造成滚刀损坏材料。

　　2、异步阶段：这个阶段滚刀与材料的速度不同步，大小取决于剪切材料的长度。因为在这个阶段，滚刀可能低于进给速度或者高于进给速度甚至停止运行。

　　横切机运动曲线的流程图如下图所示。当剪切长度大于计算的临界剪切长度时，按照start/stop 曲线运行;当剪切长度小于计算的临界剪切长度时，按照持续运行的曲线运行。横切机模板除了以上基本功能外，还包含了很多在不同应用中会用到的其他功能：如切刀位置能够通过正向点动、反向点动或者绝对定位来进行修正，同步色标切割、电子离合器功能以及异步剪切功能(个别产品需要在生产中拉开间隙)。

　　横切机模板除了以上基本功能外，还包含了很多在不同应用中会用到的其他功能：如切刀位置能够通过正向点动、反向点动或者绝对定位来进行修正，同步色标切割、电子离合器功能以及异步剪切功能(个别产品需要在生产中拉开间隙)。

　　图3 横切运动曲线流程图

　　横切机模板的一大特点就是编程简单，只需要在提供的Excel文件(见表1)中填入相应的工艺参数，文件便可自动生成相应的凸轮曲线，再将凸轮曲线导入到模板程序中，工艺参数的设置就基本完成，同时选择合适的电机参数(Lenze伦茨c86代码)，适当调节相应参数就基本完成调试。

　　表1 横切模板所需工艺参数

　　4 技术关键点

　　基于9400 Highline的标准化横切机模板以电子凸轮技术为基础，包括了以下关键点：

　　1) 能生成多条曲线，内部计算切割轨迹，无须PLC参与;

　　2) 横切机运动曲线的实时计算：不同的产品长度能够在每个周期内完成剪切;

　　3) 可随时更改切割长度并在下一周期执行;

　　4) 曲线的计算能够基于2阶多项式、5阶多项式和斜正弦线;

　　5) 切刀位置能够通过正向点动、反向点动或者绝对定位来进行修正;

　　6) 可实现同步色标切割。

　　5 展望

　　从实际运行情况来看，基于标准横切机模板的9400伺服控制器和MCA异步伺服电机的方案可完全满足横切应用的控制精度要求，该套控制系统响应时间快、追切误差小。除了可在钢铁冶金行业中的横切设备中使用外，同样还能在包装等相关行业的横切机中使用。9400强大的可编程功能保证了在标准横切机模板的基础上用户可以自由编程想法的实现。同时采用标准化横切机模板，可以为用户大大节省在横切控制器上编程所花费的时间，进一步体现了Lenze伦茨“让许多事情变得简单”的产品理念。