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磁致伸缩位移传感器在平板切纸机系统的应用

  0、引言

  金东纸业从1997年建厂至今,共引进了4种平板切纸机,其纵向裁切精度都达到了<±0.5mm,最主要原因是纵刀系统均采用了高精度和高可靠性的磁致伸缩位移传感器。本文以2000年引进的碧罗马蒂公司的平板切纸机为例,介绍磁致伸缩位移传感器(纵圆刀编码器)工作原理及其实际在纵刀系统中的运用。

  1、磁致伸缩位移传感器的工作原理

  在铁磁质中磁化方向的改变会引起介质晶格间距的改变,从而使得铁磁质的长度和体积发生改变,即磁致伸缩现象,也称为威德曼效应,其逆效应称为维拉里效应。

  磁致伸缩性位移传感器的核心包括一条铁磁材料的测量元件,一般被称为“波导管”,一个可以动的永磁铁,磁铁与波导管会产生一个纵向的磁场。每当电流脉冲(即“询问信号”)由传感器电子头送出并通过波导管时,第二个磁场便由波导管的径向方向制造出来(图1)。当这两个磁场在波导管相交的瞬间,波导管产生“磁致伸缩”现象,一个应变脉冲即时产生。这个被称为“返回信号”的脉冲以超声的速度从产生点(即位置测量点)运行回传感器电子头并被检测器检测出来。准确的磁铁位置测量是由传感器电路的一个高速计数器对询问信号发出到返回信号到达时间周期进行探测而计算出来的,这个过程极为快速且精确无误。

磁致伸缩位移传感器原理
磁致伸缩位移传感器原理

  利用计算脉冲的运行时间来测量永磁铁的位置提供了一个绝对值的位置读数,而且永远不需要定期重标或担心断电后归零的问题。非接触使得测量消除了机械磨损的问题,保证了最佳的重复性和持久性。

  2、碧罗马蒂平板切纸机纵刀系统工作原理

  碧罗马蒂公司平板切纸机纵刀由一组底刀和一组上圆刀组成,其位置均由磁致伸缩位移传感器(编码器)来控制,在刀距调整完成后,上圆刀和下圆刀必须良好地啮合,下圆刀由马达牵引,当裁切纸由送纸辊牵引通过圆刀时,平板纸便被纵向裁切开来。

  2.1纵刀圆刀工作原理

  如下图所示,3#圆刀对准中心线,其数值为0.0mm,其余1#、2#、4#、5#刀以中心线为基准,RP1~RP5分别是其与中心线的距离。

下圆刀示意图
下圆刀示意图

  当裁切尺寸输入系统时,由PLC把当前尺寸编码器数值与目标尺寸编码器数值进行比较,计算出每把刀具移动的距离。再分别调节1#、2#、4#和5#纵刀,此时刀具调节马达转动牵引丝杆,按照动作顺序,1#~5#刀具内的锁紧装置逐次锁定在丝杆上,刀具便动作,此时编码器数值变化,直到到达目标数值后,锁紧装置与丝杆分离。下一把刀再移动,直到所有位置调整完成,调整马达动作停止。

  2.2纵刀上下圆刀啮合原理

  如下图所示,在引纸时上圆刀是抬起的,引纸完成,刀架下压,此时上圆刀内的气缸动作,其气隙约为3mm。

纵刀上下圆刀的啮合
纵刀上下圆刀的啮合

  3、碧罗马蒂平板切纸机圆刀位置传感器

  3.1MTS位移传感器介绍

  磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程、绝对位置测量的位移传感器。它采用内部非接触的测量方式,由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触,不至于被摩擦、磨损,因而使用寿命长,环境适应能力强,可靠性高,安全性好,便于系统自动化工作,即使在恶劣的工业环境下(如容易遭受油污、尘埃或其他污染的场合)也能正常工作。此外,它还能承受高温、高压和强振动,现已被广泛应用于机械位移的测量、控制。

  碧罗马蒂平板切纸机圆刀位置传感器采用了美国MTS公司的R系列磁致伸缩位移传感器,型号为RPM-2200M-D63-1-P101。

  3.2更换损坏的

  (1)断电更换传感器之前,先标记传感器的安装位置。

  (2)断开传感器插头,拆除传感器锁紧螺丝,拆下损坏的传感器,安装新的传感器,以之前标记的位置安装锁紧螺丝并接好传感器接头。

  (3)设定DP地址,在SimaticManager设定默认出厂DP地址为125。

  (4)圆刀位置的输入。调整步骤如下所示:1)将3#刀具手动移至中心线位置;2)打开+H100盘柜维护电脑BSS系统;3)输入用户名和密码;4)打开ENC程序;5)选择该圆刀对应的ID号(表1);6)输入3#刀位置值0.0mm;7)鼠标点击“ACCEPT”同时拨动维护电脑上方的黄色按钮确认。在SimaticManager内对应圆刀的DB块,可查看此时3#刀实际位置值为0.0mm,其余刀具的位置值调整与3#刀相同。

  表1圆刀的ID号

IDEncodeDesignationDP-Address
521slitter top section bottom knife 1500.A1-A501127
522slitter top section bottom knife 2500.A1-A501127
523slitter top section bottom knife 300.A1A501127
524slitter top section bottom knife 4500.A1-A501127
525slitter top section bottom knife 5500.A1-A501127
531slitter top section bottom knife 1500.A1-A501026
532slitter top section bottom knife 2500.A1-A501026
533slitter top section bottom knife 3500.A1-A501026
534slitter top section bottom knife 4500.A1-A501026
535slitter top section bottom knife 5500.A1-A501026
521slitter top section bottom knife 1500.A1-A501329
522slitter top section bottom knife 2500.A1-A501329
523slitter top section bottom knife 3500.A1-A501329
524slitter top section bottom knife 4500.A1-A501329
525slitter top section bottom knife 5500.A1-A501329
531slitter top section bottom knife 1500.A1-A501228
532slitter top section bottom knife 2500.A1-A501228
533slitter top section bottom knife 3500.A1-A501228
534slitter top section bottom knife 4500.A1-A501228
535slitter top section bottom knife 5500.A1-A501228

  4、结语

  碧罗马蒂平板切纸机纵刀位置控制系统,是美国MTS磁致伸缩位移传感器的一种典型应用,也对提升平板切纸机裁切精度有着具大贡献。