JP3682373B2 - 複数のプレス機械の同期制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、独立した複数のプレス機械のクランク角度を連続的に高精度に同期させることの出来るプレス機械の同期制御方法に関し、複数のプレス機械でトランスファプレスラインを構成して高速プレス加工を行う場合に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ライン構成して立設する複数のプレス機械を同期制御する場合、それぞれのプレス機械は、図６に示すようなシステム構成とし、それぞれの操作盤２０にＳＰＭ設定器を設け、制御盤１、２、・・・にドライバ２１及びシーケンス制御を行うハードウエアを設け、プレス機械５、６は、ＴＧ（タコゼネレータ）２２を連結したメインモータ１０でフライホイール１２を駆動し、動力を接／断するクラッチ１３を介してメインギヤ１４を駆動し、メインギヤ１４に連結したクランク軸１５の回転でスライドに昇降運動を与え、図７に示す簡易同期制御システムを用いていた。
【０００３】
図７に示すように、第１プレス機械５の操作盤２０のＳＰＭ設定器２３の速度指令を各プレス機械に分配し、各プレス機械のクランク１５に連結したシンクロ発信器３６の角度出力をアンプ３７に入力し、プレス機械ごとの角度出力の差分にＰゲイン３８を乗じて第２プレス機械６の速度指令に加算している。類似した同期制御は、特公昭５１−１００４及び特開昭５６−４５３００に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来例では、ＳＰＭ設定器２３及びシンクロ発信器３６はいずれもアナログ電圧を出力し、アナログ制御ループにより速度指令とシンクロ発信器３６の角度出力とをＰ（比例）制御により速度制御を行っている。従って、定常偏差が発生する他、多くのオフセット要因により微少な回転角度の差が生じ、これを減少させる制御でないため追従性が悪い。図８及び図９は、図６の従来例の場合の問題点を具体的に示したものである。図８は、２台のプレス機械のクランク角度Ｒ１、Ｒ２の時間的推移を表している。Ｔ１では、同期開始時に既に発生しているクランク角度差であり、以後Ｔ２、Ｔ３と経過するにつれ、先の定常偏差とオフセット要因によりプレス機械間のクランク角度差が累積していく。図９では、２台のプレス機械のメインモータ速度Ｎ１、Ｎ２の時間的推移を表している。定常的なＮ１、Ｎ２の速度差は、回転数精度による影響で、Ｔ１、Ｔ２の立ち上がり時間差は、クラッチ接合時の過渡特性によるものである。Ｔ３、Ｔ４では、線２のモータ速度で運転するプレス機械のプレス加工による速度低下を示している。これらの速度差要因を総合すると、線３のように速度差が累積していく。すなわち、クランク角度差も累積していることになる。
【０００５】
この制御構成では、いずれかのプレス機械がマスタとなり、他が追従することになるが、たまたま、マスタプレス機械の仕事量が多くクランク速度の変動が激しい場合は、他のプレス機械のクランク速度に悪影響を及ぼし、同期制御ループ全体が不安定となる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、ライン構成して立設する複数のプレス機械のクランク角度を高精度に同期させて運転することを可能とするプレス機械の同期制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、ライン構成して立設する複数のプレス機械の同期制御方法において、設定したスライドストローク数のデジタル値を各プレス機械に分配するとともに、各プレス機械ごとに機械駆動系のゲイン係数Ｋ１を用いて速度指令値に変換してメインモータの速度制御を行いつつ、マスタプレス機械は、速度指令値を積分して得た位置指令値に、プレス機械に必要なクランク角度補正量を機械駆動系のゲイン定数Ｋ３を用いて変換した位置補正値を加算し、さらにメインモータに設けたエンコーダ出力から得られる位置現在値を減算して得た位置差分値をＰＩ演算（比例積分）して速度指令値に加算し、補正速度指令値を求め、スレーブプレス機械は、マスタプレス機械とスレーブプレス機械のそれぞれのクランク軸に設けたエンコーダ出力から得られるクランク角度現在値の偏差値にプレス機械に必要なクランク角度補正量を加算し、この結果を機械駆動系のゲイン定数Ｋ３を用いて得た位置補正値を、速度指令値を積分して得た位置指令値に加算するとともに、メインモータに設けたエンコーダ出力から得た位置現在値を減算して位置差分値を求め、この位置差分値をＰＩ演算（比例積分）して速度指令値に加算し、補正速度指令値を求める、と言うマスタスレーブ方式の角度制御アルゴリズムを使用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１から図５に本発明に関連する複数のプレス機械の同期制御方法を実施するためのシステム構成の一例を示す。図１において、操作盤１は、各プレス機械の単独／同期の切り替えスイッチとＳＰＭ設定器を有し、ＳＰＭ設定器のアナログ出力は同期制御装置２のＡ／Ｄ変換器７でデジタル値に変換し、角度制御部８に入力する。角度制御部８の出力は、制御盤３、４のドライバ９を経て、プレス機械５、６のメインモータ１０を駆動し、メインモータ１０に設けたエンコーダ１１のデジタル出力はドライバ９に返送され、メインモータ１０の速度制御が行われる。フライホイール１２、クラッチ１３、メインギヤ１４、クランク軸１５を介してスライド１６を昇降させる。クランク軸１５に設けたエンコーダ１７のデジタル出力は、角度制御部８に返送される。
【００１５】
図２は、図１のシステム構成の一例の独立角度制御方式を示し、ＳＰＭ設定器２３は設定したスライドストローク数に応じたアナログ電圧を発生する。角度補正量２５は、プレス機械固有のオフセットを補正する。図１の同期制御装置２に相当する同期制御装置２６は、図示していないが入力したアナログ電圧をデジタル値に変換して他のプレスに分配し、このデジタル値をＫ１（機械駆動系定数）２７で演算し、モータの速度指令値Ｎ（ｒ／ｍｉｎ）に変換する。Ｋ１（機械駆動系定数）２７の演算は次による。
Ｎ＝ＳＰＭ×Ｇ１×Ｇ２×（Ｇ３×Ｇ４／Ｇ１×Ｇ２）／（Ｇ３×Ｇ４）
ここで、ＳＰＭ：スライドストローク数（ｓｐｍ）
Ｇ１：ＳＰＭ設定値の単位（Ｖ／ｒｐｍ）
Ｇ２：ドライバの速度指令入力単位（ｒｐｍ／Ｖ）
Ｇ３：メインモータのプーリとフライホイールとの速比Ｇ４：ギヤ減速比である。
【００１６】
１／Ｓは積分器３０であり、速度指令データを位置指令データへと変換する。積分器については、公知である。Ｋ２（機械駆動系定数）２８は、位置指令データを角度データに変換する。速度指令値Ｎを積分器３０で積分して位置指令値に変換し、Ｋ２（機械駆動系定数）２８で演算してクランク角度指令値に変換しておく。クラッチＯＦＦ時には、Ｋ２（機械駆動系定数）２８出力値＝クランク角度としておき、クラッチＯＮにより位置指令値差分の積算データＰ１をＥＣ（エンコーダ）１１のパルス数Ｐ２、メインモータのプーリとフライホイールとの速比Ｇ３、ギヤ減速比Ｇ４により逆算し、角度指令値ＲＲとして、下式にて算出する。
ＲＲ（ｄｅｇ）＝｛Ｐ１（ｐ）／Ｐ２（ｐ／ｒ）｝×３６０／（Ｇ３×Ｇ４）
【００１７】
速度指令値Ｎは、速度制御部２４の高応答、高精度なインバータドライバを介してメインモータ１０を回転駆動する。この状態でクラッチＯＮとすると、プレス作業によってメインモータ１０の回転は低下し、エンコーダ１１からは位置現在値（パルス数Ｐ２）を出力する。積分器３０の出力する位置指令値と後述する位置偏差値の和から位置現在値を減算した位置差分値をＰＩ（演算器）３１で演算し、角度補正値Ｒ１として速度指令値Ｎに加算した補正速度指令値ＮＲでメインモータ１０をＰＩ制御により速度制御する。ＰＩ（演算器）３１は、通常の比例積分項の演算である。ＰＩ（比例積分）制御については、公知である。
【００１８】
Ｋ３（機械駆動系定数）２９は、クランク軸１５に設けたエンコーダ１７のクランク角度現在値と角度補正量２５の和から、Ｋ２（機械駆動系定数）２８で演算したクランク角度指令値を減算した結果のクランク角度偏差値を位置偏差値に変換するので、上述のＫ２（機械駆動系定数）２８と逆の演算となる。以上の演算結果の補正速度指令値ＮＲでフィードバック制御を行うので、メインモータ１０は、プレス荷重遅れの他、各種の偏差による遅れを解消して制御される。
【００１９】
図３は、図１のシステム構成の一例で、本発明の同期制御方法に対応するマスタスレーブ制御方式を示し、図中のＫ１（機械駆動系定数）２７、Ｋ３（機械駆動系定数）２９の演算機能及びクラッチの接続、その他は、図２と同じである。図では、第１プレス機械５をマスタとしているが、操作盤２０のスイッチの切り替えで任意のプレス機械をマスタとすることが出来る。プレス加工荷重の差が大きい場合は、最も運転速度の低いプレス機械をマスタとして選択する必要がある。
【００２０】
クラッチ１３をＯＦＦとして、メインモータ１０を起動し、指令した速度となるまでは、図１の角度制御部８に相当する同期制御装置３３内のｂ１、ｂ２部の演算は行われない。クラッチ１３をＯＮとした後は、マスタとした第１プレス機械５のエンコーダ１７のクランク角度現在値と第２プレス機械６のエンコーダ１７のクランク角度現在値の差分値に、角度補正量２（３２）を加算してプレス機械間のクランク角度偏差値ＤＥＲを生成し、Ｋ３（機械駆動系定数）２９で演算し、位置偏差値に変換し、これを第２プレス機械６の位置偏差値としてｂ２部に加算して制御する。従って、マスタである第１プレス機械５とクランク角度差のない速度制御が可能である。
【００２１】
図４は、図１のシステム構成の一例の独立角度制御方式とマスタスレーブ方式を組み合わせた方式を示す。図中の演算ブロックＫ１（２７）、Ｋ２（２８）及びＫ３（２９）の機能、及びクラッチ接続までの動作機能は、図２で説明した独立角度制御方式と同一である。図において、第１プレス機械５をマスタとしているが、操作盤２０のスイッチの切り替えで任意の他のプレス機械をマスタとすることが出来る。各プレス機械ごとに独立したクランク角度制御を行いながら、マスタプレス機械を基準としてプレス機械間のクランク角度差が生じた場合は、極めて短時間で補正が可能な方式である。
【００２２】
図５は、本システム構成におけるプレス加工前後のメインモータの速度指令と実際の速度の変動を表したもので、Ｎはモータ速度、Ｎ１のレベルは指令速度、線１は実施例のモータ速度、線２は参考として従来例のモータ速度、線３は従来例の速度偏差累積値（クランク角度差）、線４は実施例の速度差累積値を示す。この図で明らかなように、本発明の実施例では速度偏差の累積値は、短時間に減少する。
【００２３】
図５において、Ｔ１でプレス加工が行われ、速度低下、クランク角度偏差が表れるが、次のプレス加工が行われるＴ３までに速度を増加させて、クランク角度偏差がなくなるように回復させている。従来例では、速度が回復するだけでクランク角度偏差は残ったままとなり、累積して次第に増大するのと比べ、大きな差がある。
【００２４】
図２、図３及び図４における同期制御装置２６、３３及び３４は、全て図１に示す角度制御８に相当し、角度制御部８内のスイッチの切り替え操作により選択することが出来る。また、マスタとなるプレス機械の選択もスイッチの切り替え操作により自由に選択出来るので、各プレス機械のプレス荷重を考慮して選べば、プレスラインとしての効率を向上させることも出来る。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、所定のマスタースレーブ方式の角度制御アルゴリズムを使用しているので、マスタプレス機械を基準としてプレス機械相互間に発生したクランク角度偏差値を極めて短時間に除去することが出来る。さらに、制御アルコリズムは、ソフトウエアで構成されているため、制御方式の変更はスイッチの切り替えで簡単に出来、かつアルゴリズムの追加も簡単に出来ると言う柔軟なシステムである。
【００２７】
また、請求項６においては、マスタである第１プレス機械とクランク角度差のない速度制御が可能である。
さらに、請求項７においては、各プレス機械ごとに独立したクランク角度制御を行いながら、マスタプレス機械を基準としてプレス機械間のクランク角度差が生じた場合は、極めて短時間で補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期制御方法を実施するためのシステム構成図
【図２】同じく、独立角度制御方式の制御構成図
【図３】本発明に対応するマスタスレーブ制御方式の制御構成図
【図４】同じく、独立角度制御・マスタスレーブ制御方式の制御構成図
【図５】同じく、モータ速度の推移説明図
【図６】従来例のシステム構成図
【図７】同じく、簡易同期システム制御構成図
【図８】同じく、クランク角度の推移図
【図９】同じく、モータ速度の推移図
【符号の説明】
１、２０は操作盤、２、２６、３３、３４は同期制御装置、３、４は制御盤、５は第１プレス機械、６は第２プレス機械、７はＡ／Ｄ変換器、８は角度制御部、９はドライバ、１０はメインモータ、１１はエンコーダ、１２はフライホイール、１３はクラッチ、１４はメインギヤ、１５はクランク軸、１６はスライド、１７はエンコーダ、２３、４１はＳＰＭ設定器、２４は速度制御部、２５、３２は角度補正量、２７はＫ１（機械駆動系定数）、２８はＫ２（機械駆動系定数）、２９はＫ３（機械駆動系定数）、３０は積分器、３１はＰＩ（演算器）、Ｎは速度指令値、ＮＲは補正速度指令値、ＲＲは角度指令値、ＰＲＥは位置偏差値、ＤＥＲはプレス機械間角度偏差、である。

Claims (1)

1. ライン構成して立設する複数のプレス機械の同期制御方法において、
   設定したスライドストローク数のデジタル値を各プレス機械に分配するとともに、各プレス機械ごとに機械駆動系のゲイン定数Ｋ１を用いて速度指令値に変換してメインモータの速度制御を行いつつ、
   マスタプレス機械は、速度指令値を積分して得た位置指令値に、プレス機械に必要なクランク角度補正量を機械駆動系のゲイン定数Ｋ３を用いて変換した位置補正値を加算し、
   さらに、メインモータに設けたエンコーダ出力から得られる位置現在値を減算して得た位置差分値をＰＩ演算（比例積分）して速度指令値に加算し、補正速度指令値を求め、
   スレーブプレス機械は、マスタプレス機械とスレーブプレス機械のそれぞれのクランク軸に設けたエンコーダ出力から得られるクランク角度現在値の偏差値にプレス機械に必要なクランク角度補正量を加算し、
   この結果を機械駆動系のゲイン定数Ｋ３を用いて得た位置補正値を、速度指令値を積分して得た位置指令値に加算するとともに、メインモータに設けたエンコーダ出力から得た位置現在値を減算して位置差分値を求め、
   この位置差分値をＰＩ演算（比例積分）して速度指令値に加算し、補正速度指令値を求める、と言うマスタスレーブ方式の角度制御アルゴリズムを使用することを特徴とするプレス機械の同期制御方法。

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