摘 要：自動(dòng)切臺(tái)是用來定長(zhǎng)分切卷材的專用設(shè)備，通常用于透明膠帶、不干膠帶、塑料膜、紙卷等生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)。本文描述基于臺(tái)達(dá)自動(dòng)化整合技術(shù)的自動(dòng)切臺(tái)電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用研發(fā)。
關(guān)鍵字：伺服 自動(dòng)切臺(tái) PLC 變頻器
1 引言
自動(dòng)切臺(tái)的主要用途是用來定長(zhǎng)切割透明膠帶、不干膠帶、塑料膜、紙卷等材料，將整卷寬幅的材料通過設(shè)定的寬度分切成小卷。例如常用的透明膠，就是通過該設(shè)備切割而成。切割的寬度可以在人機(jī)界面上進(jìn)行設(shè)定。在人機(jī)界面上可以建立多種工作模式，每種模式包含：設(shè)定寬度、切割刀數(shù)兩個(gè)參數(shù)。例如如果客戶選擇模式1，則運(yùn)行后系統(tǒng)自動(dòng)按照模式1設(shè)定的寬度進(jìn)行切割，切割的刀數(shù)達(dá)到設(shè)定的刀數(shù)后，自動(dòng)停機(jī)。如果選擇模式10，則啟動(dòng)后，系統(tǒng)將模式10所設(shè)定的刀數(shù)切割完畢后，自動(dòng)停機(jī)。雙伺服與單伺服的區(qū)別就在于，單伺服控制切臺(tái)的移動(dòng)是通過伺服帶動(dòng)，進(jìn)刀和退刀依靠油壓系統(tǒng)控制。雙伺服不僅切臺(tái)的移動(dòng)使用伺服而且進(jìn)刀和退刀也使用伺服。進(jìn)刀的長(zhǎng)度能夠在人機(jī)上進(jìn)行設(shè)定，提高了切割的精度。
自動(dòng)切臺(tái)分為單管和雙管兩種。這兩種設(shè)備上海機(jī)電都已經(jīng)有了成功的案例，而且已經(jīng)在客戶處穩(wěn)定使用，配套機(jī)械廠商也已經(jīng)在正常的使用臺(tái)達(dá)的產(chǎn)品。因?yàn)樵撔袠I(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，為了能進(jìn)一步提高設(shè)備的檔次并且滿足更高的精度要求，我們?yōu)榭蛻籼峁┝穗p伺服自動(dòng)切臺(tái)的控制方案，通過兩天的開發(fā)及調(diào)試，將設(shè)備開發(fā)成功。近一步鞏固了客戶使用臺(tái)達(dá)產(chǎn)品的信心。同時(shí)臺(tái)達(dá)伺服的性能也得到了客戶的認(rèn)可。
2 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成參見系統(tǒng)框圖（圖1）。
圖1 系統(tǒng)框圖
2.2 基于臺(tái)達(dá)技術(shù)平臺(tái)的電控系統(tǒng)硬件配置
名稱 型號(hào) 數(shù)量 制造商
觸摸屏 DOP-A57CSTD 1 臺(tái)達(dá)
PLC DVP-32EH00T 1 臺(tái)達(dá)
PLC DVP-08HN00T 1 臺(tái)達(dá)
變頻器 VFD-037B43A 1 臺(tái)達(dá)
變頻器 VFD-022B43A 1 臺(tái)達(dá)
AC伺服馬達(dá)控制器 ASDA-A0721L 2 臺(tái)達(dá)
接近開關(guān) —— 8 國(guó)產(chǎn)
開關(guān)電源 DC24V 1 臺(tái)灣明緯
3 雙伺服自動(dòng)切臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 工藝主體分析
雙伺服自動(dòng)切臺(tái)由兩臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)。一臺(tái)驅(qū)動(dòng)主軸馬達(dá)；另外一臺(tái)驅(qū)動(dòng)圓刀（切刀）。兩臺(tái)伺服同軸與絲桿相連，一臺(tái)控制切臺(tái)的定位，即定長(zhǎng)。另外一臺(tái)控制進(jìn)刀和退刀。變頻器通過RS485通訊的方式控制，給定主軸和圓刀的轉(zhuǎn)速。伺服用Pt模式定位。根據(jù)客戶的要求為其提供了單段和連續(xù)兩種控制方式和10種操作模式。如果有特殊需要，可以將操作模式擴(kuò)展到幾十種模式。每種操作模式包含：寬度設(shè)定、刀數(shù)設(shè)定兩個(gè)參數(shù)。
3.2 工藝控制設(shè)計(jì)
客戶根據(jù)生產(chǎn)的要求，將需要生產(chǎn)的膠帶的寬度和該寬度需要切割的刀數(shù)在參數(shù)表中預(yù)先設(shè)定好，這兩個(gè)參數(shù)關(guān)聯(lián)PLC中的掉電保持寄存器。如果操作人員選擇單段控制方式，在人機(jī)上輸入模式號(hào)后，系統(tǒng)自動(dòng)把對(duì)應(yīng)該模式的參數(shù)（寬度和刀數(shù)）調(diào)用出來。啟動(dòng)后，切臺(tái)通過伺服開始定長(zhǎng)橫向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的寬度后，切臺(tái)橫向移動(dòng)停止，通過另外一臺(tái)伺服控制切臺(tái)縱向移動(dòng)。當(dāng)切臺(tái)移動(dòng)至前限位處，定時(shí)開始，保證將膠帶完全切斷，定時(shí)時(shí)間一到，自動(dòng)退回至后限位開關(guān)處停止。如果該模式設(shè)定的刀數(shù)不為零，則重復(fù)以上動(dòng)作，直到切割的次數(shù)等于該模式設(shè)定的刀數(shù)后，自動(dòng)停止。如果該模式設(shè)定的刀數(shù)為零則系統(tǒng)不動(dòng)作。而如果操作人員選擇連續(xù)控制方式，在人機(jī)上輸入模式號(hào)，則啟動(dòng)后系統(tǒng)自動(dòng)按照模式1設(shè)定的寬度和刀數(shù)切割，當(dāng)模式1切割完畢后，自動(dòng)按照下一模式設(shè)定的寬度和刀數(shù)切割，如果該模式的設(shè)定刀數(shù)為零，則系統(tǒng)自動(dòng)跳過該模式，執(zhí)行下一模式，直到將設(shè)定的模式全部切完后自動(dòng)停機(jī)。例如：在連續(xù)模式下：選擇模式１０，啟動(dòng)后系統(tǒng)按照模式１設(shè)定的參數(shù)切割，模式１切割完畢，如果模式２中設(shè)定的刀數(shù)不為零，則按照模式２設(shè)定的寬度和刀數(shù)自動(dòng)切割；如果模式２中設(shè)定的刀數(shù)為零，則系統(tǒng)自動(dòng)跳過模式２，按照模式３中設(shè)定的參數(shù)切割。以此類推，直到將模式１０設(shè)定的寬度和刀數(shù)切割完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。切臺(tái)橫向移動(dòng)的速度可以在人機(jī)上進(jìn)行設(shè)定，橫向移動(dòng)的速度分為兩段速：移動(dòng)的初速、正常運(yùn)行速度。兩段速度的切換通過定時(shí)完成。兩段速切換的時(shí)間在人機(jī)上進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)在正常生產(chǎn)前要進(jìn)行對(duì)刀，以保證圓刀能夠?qū)⑺枰懈畹牟牧锨袛?，同時(shí)要求快速地進(jìn)刀/退刀，當(dāng)圓刀即將與材料接觸時(shí)，圓刀滿速切割。切割完畢，快速退刀。在這一要求下，我為客戶設(shè)計(jì)了非常人性化的操作。啟動(dòng)前，在人機(jī)上設(shè)定好進(jìn)刀速度、切割速度，然后手動(dòng)進(jìn)刀。手動(dòng)進(jìn)刀開始時(shí)進(jìn)刀速度較快，送開手動(dòng)進(jìn)刀，圓刀快速退回。此時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記憶手動(dòng)進(jìn)刀運(yùn)行的時(shí)間，并且將該段時(shí)間在人機(jī)上顯示。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，每次切割，圓刀都以設(shè)定的進(jìn)刀速度快速接近被切割的材料，運(yùn)行對(duì)刀前自動(dòng)記憶的時(shí)間，時(shí)間一到遍以設(shè)定的切割速度進(jìn)行慢速切割。操作簡(jiǎn)潔便利，更加人性化。
3.3 工藝控制流程
系統(tǒng)控制流程的順序如下所述：首先夾頭動(dòng)作，夾頭動(dòng)作前，搖臂氣缸首先要向上動(dòng)作，上到限位后，夾頭和頂針動(dòng)作，將主軸頂緊并且夾住。然后主軸和圓刀才能啟動(dòng)進(jìn)行切割。在自動(dòng)運(yùn)行過程中如果按全部停止，則主軸和圓刀停止運(yùn)轉(zhuǎn)，然后頂針退回，夾頭送開，頂針退到位后，搖臂氣缸向下，下到限位后停止。在連續(xù)運(yùn)行完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)停止，并且自動(dòng)將頂針退回，夾頭松開。搖臂氣缸向下到位。然后當(dāng)重新?lián)Q卷后，如果啟動(dòng)夾頭，則切臺(tái)自動(dòng)復(fù)位到原點(diǎn)，并且搖臂向上到位，頂針頂?shù)轿?，夾頭夾緊主軸，便于整卷膠帶切割完畢后，進(jìn)行換卷時(shí)，方便使用人員的操作。
3.4 自動(dòng)記憶功能
在整個(gè)自動(dòng)切卷的過程中，如果出現(xiàn)任何故障或者操作人員手動(dòng)停車，則系統(tǒng)記錄當(dāng)前執(zhí)行到的模式號(hào)和已經(jīng)完成了幾次切割，如果故障處理完畢后再次啟動(dòng)，則按照停車前的模式繼續(xù)切割。以上所述的是自動(dòng)切割狀態(tài)。
3.5 自動(dòng)對(duì)刀功能
在手動(dòng)狀態(tài)下，為客戶提供了自動(dòng)對(duì)刀的功能。即在出現(xiàn)故障或前一次切割質(zhì)量不高時(shí)，在停機(jī)的狀態(tài)下，可以通過人機(jī)或操作面板上，按間接歸位或間接前進(jìn)按鈕，切臺(tái)自動(dòng)以當(dāng)前模式設(shè)定的寬度向后或向前移動(dòng)一個(gè)寬度，達(dá)到自動(dòng)對(duì)刀的功能。同時(shí)也提供手動(dòng)對(duì)刀的功能。
3.6 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)
1 模式參數(shù)的設(shè)定及調(diào)用
利用PLC中連續(xù)的掉電保持區(qū)的數(shù)據(jù)記憶所有的模式參數(shù)（寬
度設(shè)定、刀數(shù)設(shè)定），且在PLC中對(duì)應(yīng)的地址都是雙字。假如模式1中寬度設(shè)定對(duì)應(yīng)PLC中的D500，則刀數(shù)設(shè)定對(duì)應(yīng)PLC中的D502，則模式2中兩個(gè)參數(shù)在PLC中對(duì)應(yīng)的地址為D504、D506。所以可以利用變址來尋址。模式號(hào)的輸入對(duì)應(yīng)D570，則通過以下程序即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的調(diào)用之功能。
SUB D570 K1 D90
MUL D90 K4 D92
MOV D92 F2
ADD D92 K2 D160
MOV D160 F1
DMOV D500F2 D192 //設(shè)定寬度
MOV D500F1 D190 //設(shè)定刀數(shù)
2 長(zhǎng)度計(jì)算
絲桿的導(dǎo)程10mm,電子齒輪比為2，伺服每10000脈沖/圈，伺服與絲桿同軸連接。寬度設(shè)定2位小數(shù)。因此可以推出設(shè)定的寬度與所需發(fā)送脈沖之間的關(guān)系如下：
所需脈沖=10000*設(shè)定寬度/100*電子齒輪比*導(dǎo)程=設(shè)定寬度*5
3 模式轉(zhuǎn)換
當(dāng)前已切割刀數(shù)以退刀到位為基準(zhǔn)，每次加一。當(dāng)已切割刀數(shù)與設(shè)定刀數(shù)相等時(shí)， 將模式自動(dòng)加一。從而將運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成下一模式設(shè)定的參數(shù)。
4 通訊
主軸速度和圓刀的速度通過RS-485通訊，由PLC給定變頻器。
4 系統(tǒng)調(diào)試
4.1系統(tǒng)調(diào)試
1通過調(diào)試完成整個(gè)控制的邏輯部分。保證基本的邏輯動(dòng)作無誤。
2將主軸和圓刀的頻率部分的通訊程序調(diào)試成功。
3用手動(dòng)模式，使伺服以JOG的方式運(yùn)行。
4伺服參數(shù)設(shè)定：1-00：2；1-01：0；1-44：2；2-08：12；2-10：1；2-15：0；2-16：0；2-17：0；根據(jù)伺服具體的運(yùn)行效果調(diào)整2-00；2-02；2-04；2-25；2-26；同時(shí)相應(yīng)的調(diào)整1-08參數(shù)，以保證伺服在告訴運(yùn)行時(shí)平緩一些，根據(jù)具體情況設(shè)定該參數(shù)。
5判斷伺服的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，與要求一致。
6將伺服驅(qū)動(dòng)上的接地按要求接好，同時(shí)將變頻器上的接地線與可靠大地連接。否則有可能因?yàn)樽冾l器運(yùn)行起來的干擾使伺服誤動(dòng)作。如果現(xiàn)場(chǎng)沒有可靠的大地，相應(yīng)的降低變頻器的載波頻率。如果電柜內(nèi)有24V電源，可以考慮將變頻器的接地線與開關(guān)電源的24V-相連，以降低干擾。
4.2 整機(jī)圖片
