台达机电产品在双伺服自动切台上的应用方案

摘 要：自动切台是用来定长分切卷材的专用设备，通常用于透明胶带、不干胶带、塑料膜、纸卷等生产工艺环节。本文描述基于台达自动化整合技术的自动切台电气控制系统应用研发。
关键字：伺服 自动切台 PLC 变频器
1 引言
自动切台的主要用途是用来定长切割透明胶带、不干胶带、塑料膜、纸卷等材料，将整卷宽幅的材料通过设定的宽度分切成小卷。例如常用的透明胶，就是通过该设备切割而成。切割的宽度可以在人机界面上进行设定。在人机界面上可以建立多种工作模式，每种模式包含：设定宽度、切割刀数两个参数。例如如果客户选择模式1，则运行后系统自动按照模式1设定的宽度进行切割，切割的刀数达到设定的刀数后，自动停机。如果选择模式10，则启动后，系统将模式10所设定的刀数切割完毕后，自动停机。双伺服与单伺服的区别就在于，单伺服控制切台的移动是通过伺服带动，进刀和退刀依靠油压系统控制。双伺服不仅切台的移动使用伺服而且进刀和退刀也使用伺服。进刀的长度能够在人机上进行设定，提高了切割的精度。
自动切台分为单管和双管两种。这两种设备上海机电都已经有了成功的案例，而且已经在客户处稳定使用，配套机械厂商也已经在正常的使用台达的产品。因为该行业的竞争日渐激烈，为了能进一步提高设备的档次并且满足更高的精度要求，我们为客户提供了双伺服自动切台的控制方案，通过两天的开发及调试，将设备开发成功。近一步巩固了客户使用台达产品的信心。同时台达伺服的性能也得到了客户的认可。
2 电控系统设计
2.1 系统组成
系统组成参见系统框图（图1）。

图1 系统框图
2.2 基于台达技术平台的电控系统硬件配置

3 双伺服自动切台的控制系统设计
3.1 工艺主体分析
双伺服自动切台由两台变频器驱动。一台驱动主轴马达；另外一台驱动圆刀（切刀）。两台伺服同轴与丝杆相连，一台控制切台的定位，即定长。另外一台控制进刀和退刀。变频器通过RS485通讯的方式控制，给定主轴和圆刀的转速。伺服用Pt模式定位。根据客户的要求为其提供了单段和连续两种控制方式和10种操作模式。如果有特殊需要，可以将操作模式扩展到几十种模式。每种操作模式包含：宽度设定、刀数设定两个参数。
3.2 工艺控制设计
客户根据生产的要求，将需要生产的胶带的宽度和该宽度需要切割的刀数在参数表中预先设定好，这两个参数关联PLC中的掉电保持寄存器。如果操作人员选择单段控制方式，在人机上输入模式号后，系统自动把对应该模式的参数（宽度和刀数）调用出来。启动后，切台通过伺服开始定长横向移动，当到达设定的宽度后，切台横向移动停止，通过另外一台伺服控制切台纵向移动。当切台移动至前限位处，定时开始，保证将胶带完全切断，定时时间一到，自动退回至后限位开关处停止。如果该模式设定的刀数不为零，则重复以上动作，直到切割的次数等于该模式设定的刀数后，自动停止。如果该模式设定的刀数为零则系统不动作。而如果操作人员选择连续控制方式，在人机上输入模式号，则启动后系统自动按照模式1设定的宽度和刀数切割，当模式1切割完毕后，自动按照下一模式设定的宽度和刀数切割，如果该模式的设定刀数为零，则系统自动跳过该模式，执行下一模式，直到将设定的模式全部切完后自动停机。例如：在连续模式下：选择模式１０，启动后系统按照模式１设定的参数切割，模式１切割完毕，如果模式２中设定的刀数不为零，则按照模式２设定的宽度和刀数自动切割；如果模式２中设定的刀数为零，则系统自动跳过模式２，按照模式３中设定的参数切割。以此类推，直到将模式１０设定的宽度和刀数切割完毕后，系统自动停机。切台横向移动的速度可以在人机上进行设定，横向移动的速度分为两段速：移动的初速、正常运行速度。两段速度的切换通过定时完成。两段速切换的时间在人机上进行设定。系统在正常生产前要进行对刀，以保证圆刀能够将所需要切割的材料切断，同时要求快速地进刀/退刀，当圆刀即将与材料接触时，圆刀满速切割。切割完毕，快速退刀。在这一要求下，我为客户设计了非常人性化的操作。启动前，在人机上设定好进刀速度、切割速度，然后手动进刀。手动进刀开始时进刀速度较快，送开手动进刀，圆刀快速退回。此时，系统自动记忆手动进刀运行的时间，并且将该段时间在人机上显示。当系统处于正常运行状态时，每次切割，圆刀都以设定的进刀速度快速接近被切割的材料，运行对刀前自动记忆的时间，时间一到遍以设定的切割速度进行慢速切割。操作简洁便利，更加人性化。
3.3 工艺控制流程
系统控制流程的顺序如下所述：首先夹头动作，夹头动作前，摇臂气缸首先要向上动作，
上到限位后，夹头和顶针动作，将主轴顶紧并且夹住。然后主轴和圆刀才能启动进行切割。在自动运行过程中如果按全部停止，则主轴和圆刀停止运转，然后顶针退回，夹头送开，顶针退到位后，摇臂气缸向下，下到限位后停止。在连续运行完毕后，系统自动停止，并且自动将顶针退回，夹头松开。摇臂气缸向下到位。然后当重新换卷后，如果启动夹头，则切台自动复位到原点，并且摇臂向上到位，顶针顶到位，夹头夹紧主轴，便于整卷胶带切割完毕后，进行换卷时，方便使用人员的操作。　
　
3.4 自动记忆功能
在整个自动切卷的过程中，如果出现任何故障或者操作人员手动停车，则系统记录当前
执行到的模式号和已经完成了几次切割，如果故障处理完毕后再次启动，则按照停车前的模式继续切割。以上所述的是自动切割状态。
3.5 自动对刀功能
在手动状态下，为客户提供了自动对刀的功能。即在出现故障或前一次切割质量不高时，
在停机的状态下，可以通过人机或操作面板上，按间接归位或间接前进按钮，切台自动以当前模式设定的宽度向后或向前移动一个宽度，达到自动对刀的功能。同时也提供手动对刀的功能。
3.6 关键技术设计
1 模式参数的设定及调用
利用PLC中连续的掉电保持区的数据记忆所有的模式参数（宽
度设定、刀数设定），且在PLC中对应的地址都是双字。假如模式1中宽度设定对应PLC中的D500，则刀数设定对应PLC中的D502，则模式2中两个参数在PLC中对应的地址为D504、D506。所以可以利用变址来寻址。模式号的输入对应D570，则通过以下程序即可实现参数的调用之功能。
SUB D570 K1 D90
MUL D90 K4 D92
MOV D92 F2
ADD D92 K2 D160
MOV D160 F1
DMOV D500F2 D192 //设定宽度
MOV D500F1 D190 //设定刀数
2 长度计算
丝杆的导程10mm,电子齿轮比为2，伺服每10000脉冲/圈，伺服与丝杆同轴连接。宽度设定2位小数。因此可以推出设定的宽度与所需发送脉冲之间的关系如下：
所需脉冲=10000*设定宽度/100*电子齿轮比*导程=设定宽度*5
3 模式转换
当前已切割刀数以退刀到位为基准，每次加一。当已切割刀数与设定刀数相等时， 将模式自动加一。从而将运行参数自动转换成下一模式设定的参数。
4 通讯
主轴速度和圆刀的速度通过RS-485通讯，由PLC给定变频器。
4 系统调试
4.1系统调试
1通过调试完成整个控制的逻辑部分。保证基本的逻辑动作无误。
2将主轴和圆刀的频率部分的通讯程序调试成功。
3用手动模式，使伺服以JOG的方式运行。
4伺服参数设定：1-00：2；1-01：0；1-44：2；2-08：12；2-10：1；2-15：0；2-16：0；2-17：0；根据伺服具体的运行效果调整2-00；2-02；2-04；2-25；2-26；同时相应的调整1-08参数，以保证伺服在告诉运行时平缓一些，根据具体情况设定该参数。
5判断伺服的运转方向，与要求一致。
6将伺服驱动上的接地按要求接好，同时将变频器上的接地线与可靠大地连接。否则有可能因为变频器运行起来的干扰使伺服误动作。如果现场没有可靠的大地，相应的降低变频器的载波频率。如果电柜内有24V电源，可以考虑将变频器的接地线与开关电源的24V-相连，以降低干扰。
4.2 整机图片

图2 整机图片

图3 电控图片
5 结束语
中达电通主要是中国最具成长潜力的自动化市场设备和服务供应商。台达变频器、编码器、人机界面、PLC、伺服、温控器等机电制品和技术服务涵盖主要的自动化技术领域。中达电通的母公司为世界著名的电子制造跨国企业——台达电子集团。台达集团在江苏吴江建有规模庞大的生产基地，提供机电产品的全面制造。中达电通的服务体系遍布全国。台达还是全球第一大电源管理系统供货商。作为工控行业内的知名厂商，通过应用自己的产品能够为各行各业的客户提供全面的解决方案。 最佳的产品性价比、周到完善的全国乃至全球联保服务能够保证客户利益。