Zusammenfassung: Dieser Beitrag befasst sich mit den technischen Merkmalen und Prozessanforderungen aktueller Abwickel-, Richt- und Querschneidanlagen. Durch die Kombination des breiten Drehzahlbereichs und der hervorragenden Dynamik des Xingchen-Servosystems wird eine Lösung vorgeschlagen, die die Getriebestruktur vereinfacht, die Produktionseffizienz steigert, die Produktgenauigkeit sicherstellt und die Kosten senkt. 1. Marktstatus: Digitale AC-Servosysteme werden derzeit häufig in Bewegungssteuerungsanwendungen eingesetzt, die eine hohe Positioniergenauigkeit oder ein dynamisches Ansprechverhalten erfordern. Der Treiber dieses Servosystems erfasst die Position des fotoelektrischen Encoders am hinteren Ende der Motorwelle und bildet so einen geschlossenen Regelkreis für Position und Drehzahl zwischen Treiber und Motor. Die hohe Positionsauflösung und die gute Zuverlässigkeit haben diese Systeme zu einem Entwicklungstrend bei Servosystemen gemacht. Die Regelung mit fester Länge ist in der Stahlwalzproduktion weit verbreitet, und ihre Regelungsleistung beeinflusst die Produktqualität direkt. Derzeit verwenden die meisten älteren Produktionslinien noch die traditionelle DC-Servoregelung, während neuere Produktionslinien, insbesondere solche mit hohen Anforderungen an Produktionseffizienz und Produktgenauigkeit, vermehrt digitale AC-Servosysteme einsetzen, deren überlegene Leistung in der Produktion umfassend unter Beweis gestellt wurde. 1.1 Systemaufbau Die Abwickel-, Richt- und Querschneideeinheit ist eine gängige Blechbearbeitungsanlage. Sie schneidet typischerweise Metallcoils mit einem Durchmesser von 0,2 mm bis 4 mm gemäß den Kundenanforderungen in Bleche. Die Querschneideeinheit für Rollenmaterial besteht im Wesentlichen aus einer Zuführ-, einer Richt-, einer Greifer-, einer Scher- und einer Stapeleinheit. Die Zuführeinheit bewegt sich intermittierend. Während der Zuführpausen bewegt sich die Schereinheit und schneidet das von der Zuführeinheit zugeführte Material seitlich ab. Die Zuführ- und Richteinheit bewegen sich kontinuierlich, während die Greifereinheit die Geschwindigkeiten der Zuführ- und Richteinheit koordiniert. Ein schematisches Diagramm des Anlagenaufbaus ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: Schematisches Diagramm der Abwickel-, Richt- und Querschneideeinheit. 1.2 Funktionsprinzip Bei dieser Anlagenart erfolgt das Querschneiden des Rollenmaterials im Moment des Materialstillstands. Das heißt, sobald sich die Schneidmesser trennen, startet das System zur Längenregelung. Die Längensteuerung erfolgt über einen Servoregler mit Impulsgenerator. Nach der Auslösung berechnet das System anhand voreingestellter Beschleunigungs-/Verzögerungsraten, Maximalgeschwindigkeit, S-Kurve und Ziellänge als Basisparameter die Betriebsgeschwindigkeitskurve und steuert den Servomotor automatisch zum Positionierpunkt. Sobald die vorgegebene Länge erreicht ist, stoppt das Rollenmaterial, die Schneidmesser schließen sich und das Material wird abgeschnitten. Dieser Zyklus wiederholt sich automatisch und schneidet das Rollenmaterial in Bahnen der gewünschten Länge. Die zugehörige Geschwindigkeitskurve ist in Abbildung 2 dargestellt. Abbildung 2: Geschwindigkeitsregelungskurve. Hinsichtlich der Regelung lassen sich anhand verschiedener Positionsregelungsmethoden zwei Typen unterscheiden: 1.2.1 Halbgeschlossene Positionsregelung. Bei dieser Regelungsmethode dient das Rückkopplungselement des Servomotors sowohl der Geschwindigkeits- als auch der Positionsrückkopplung. Basierend auf der eingestellten Beschleunigung, Laufgeschwindigkeit, Verzögerung und Länge führt das Positionierfunktionsmodul im Servoregler automatisch die Geschwindigkeits- und Positionsregelung durch. Der Nachteil dieser Regelungsmethode besteht darin, dass Längenfehler aufgrund von Schlupf der Antriebswalze und mechanischem Übertragungsspiel nicht eliminiert werden können. 1.2.2 Vollständig geschlossene Positionsregelung. Bei der vollständig geschlossenen Positionsregelung wird ein Messrad eingesetzt. Auf dem Messrad ist ein inkrementeller fotoelektrischer Encoder installiert. Der Encoder am Servomotor dient der Drehzahlrückmeldung, der Encoder am Messrad der Positionsrückmeldung. Dadurch kann der Servoregler Längenfehler aufgrund von Schlupf der Anfahrwalze und mechanischem Übertragungsspiel eliminieren. Das Positioniersystem neigt jedoch zu Schwingungen. 2. Anwendungsfall: Ein Hersteller dieser Anlage verfügt über eine Produktionslinie mit Optimierungsbedarf. Die Parameter sind wie folgt: Motor Z4-112/4-1 5,5 kW, Walzendurchmesser 140 mm, Untersetzungsverhältnis: 1:10, Bahngeschwindigkeit 60 m/min, Blechmaterial 3 x 1600 mm, Zwischenbrückentiefe 3 m, Breite 4 m. Die Anforderung ist die Produktion von 2 Meter langen Blechen pro Minute mit einer Leistung von mindestens 25 Blechen und einer Längengenauigkeit von 0,1 mm. Der Einsatz anderer Servomotorantriebe und Getriebe, ob mit halb- oder vollgeschlossener Positionsregelung, erfüllt die Anforderungen nicht. 3. Lösung : Nach eingehender Abwägung entschied sich die Firma Xingchen für eine vollgeschlossene Positionsregelung. Im mechanischen Design kam ein langsam laufender Permanentmagnet-Synchronmotor mit Synchronriemenantrieb zum Einsatz, während die übrigen Strukturelemente der Anlage unverändert blieben. Die spezifischen Parameter sind: Motor: 750 U/min, 96 Nm, 7,5 kW; Übersetzungsverhältnis des Synchronriemens: 1:3; Antriebsmodell: NAS4B325M. Die Gesamtstruktur ist in Abbildung 3 dargestellt. Abbildung 3 zeigt ein schematisches Diagramm des langsam laufenden Permanentmagnet-Synchronmotors von Xingchen. Nach Installation und Inbetriebnahme wurden folgende Daten ermittelt: Lineargeschwindigkeit: 108 m/min, Schnittleistung: 50 Platten à 2 Meter pro Minute mit einer Genauigkeit von unter 0,05 mm pro Platte. Dies verbessert die Produktionseffizienz und die Produktqualität für die Endanwender deutlich. Des Weiteren ergaben Messungen vor Ort, dass der Gesamtstrom einer vergleichbaren Produktionslinie etwa 30 A bzw. 15 kW betrug. Mit dem Permanentmagnet-Langsamläufermotor von Xingchen lag der Stromverbrauch vor Ort bei lediglich 33 A. Somit wurden Produktionseffizienz und Produktqualität deutlich verbessert, während der Energieverbrauch im Wesentlichen unverändert blieb. 4. Kosten : Die Systemkosten von Xingchen, einschließlich Motor und Antrieb, beliefen sich auf unter 20.000 Yuan.