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案例頻道隨著(zhù)包裝行業(yè)的迅猛發(fā)展，瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率逐年提高，主要體現在瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)后端的電腦橫切機速度的大幅提高。電腦橫切機的控制部分需滿(mǎn)足精準的裁切長(cháng)度的同時(shí)還要滿(mǎn)足很高的裁切速度。其難點(diǎn)在于紙板處于高速運動(dòng)狀態(tài)，切刀的動(dòng)態(tài)控制需極高的運算速度和極高的跟蹤性能。變頻器的控制無(wú)法達到高的裁切速度（40M/min—80M/min），裁切誤差也隨速度的提高而越來(lái)越大，PLC對脈沖的反饋速度也無(wú)法滿(mǎn)足裁切精度的要求。運動(dòng)控制卡加進(jìn)口伺服系統的控制方式是完全可以滿(mǎn)足精度和速度的雙向要求，速度可達到200M/min—300M/min，還是有價(jià)格昂貴，供貨時(shí)間長(cháng)等不足之處。本文著(zhù)重介紹的將運動(dòng)控制卡集成在伺服驅動(dòng)器之內的VEC品牌伺服驅動(dòng)器在橫切系統中的應用。
二、 系統組成
下圖為電腦螺旋刀橫切機控制簡(jiǎn)圖。此系統實(shí)現旋轉式同步動(dòng)態(tài)裁切，上下兩組裁切輪刀同時(shí)被伺服馬達帶動(dòng)，各依箭頭所示方向相對旋轉。輪刀之上的刀刃必須作精密的調整，當上輪刀之刀刃旋轉至正下方時(shí)，下刀刃恰好轉至正上方，才能執行正確的裁切。每次裁切刀輪旋轉一圈，便自動(dòng)將材料切斷一次；馬達只要在相同方向連續運轉，輪刀便能連續裁切。
圖1：電腦螺旋刀橫切機控制簡(jiǎn)圖
系統組成及其功能介紹：
1、旋轉式同步飛剪控制驅動(dòng)系統（VEC-VBR）：
接受PLC及HMI輸入的運轉命令及長(cháng)度設定
偵測量測輪編碼器傳回之脈沖，得知進(jìn)料速度及進(jìn)料長(cháng)度。
控制伺服馬達之運轉速度及同步定位動(dòng)作
2、人機界面（HMI）：
接受設定資料及顯示運轉狀態(tài)
3、PLC：
處理基本之接口、互鎖、連動(dòng)信號
4、永磁同步伺服馬達 或 感應式伺服馬達：
將馬達動(dòng)力傳送至上下裁切刀輪
5、輪刀：
上下鏡射、各帶刀刃的一組回轉機構
6、送料檢測編碼器：
直接緊密的接觸待切材料，靠材料之橫移而帶動(dòng)編碼器產(chǎn)生脈沖信號
三、工作原理
電腦橫切機切紙板時(shí)，切刀運行的速度曲線(xiàn)因裁切長(cháng)度的不同而不同，大體分三種情況：裁切長(cháng)度大于兩倍切刀圓周長(cháng)、裁切長(cháng)度大于切刀圓周長(cháng)且小于兩倍切刀圓周長(cháng)、裁切長(cháng)度小于切刀圓周長(cháng)。
第一種情況：裁切長(cháng)度大于兩倍切刀圓周長(cháng)
圖2: 裁切長(cháng)度大于兩倍切刀圓周長(cháng)的運轉曲線(xiàn)
如果裁切長(cháng)度大于兩倍切刀圓周長(cháng)，運行速度曲線(xiàn)如圖2所示；整個(gè)裁切循環(huán)從第一個(gè)裁切點(diǎn)開(kāi)始到第二個(gè)裁切點(diǎn)結束，重點(diǎn)分段說(shuō)明如下：
1. VEC-VBR控制系統隨時(shí)監控進(jìn)料長(cháng)度與進(jìn)料速度并控制伺服馬達帶動(dòng)裁切刀輪，掌握正確的裁刀速度曲線(xiàn)。
2. 從第一個(gè)裁切點(diǎn)開(kāi)始 (裁刀方位角等于180度)，當時(shí)仍然在同步區域內，因此裁刀速度必須與進(jìn)料速度維持同步運轉。
3. 當裁切刀」離開(kāi)同步區域后，裁刀速度曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)控制系統精確的計算、控制，在降低到零速的同時(shí)，裁刀方位角也必須剛好等于0度。
4. 當進(jìn)料長(cháng)度累計到適當長(cháng)度時(shí)，裁切刀輪開(kāi)始朝進(jìn)料速度目標加速；而且裁刀速度曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)控制系統精確的計算、控制，務(wù)求在裁刀速度上升到與進(jìn)料速度同步的同時(shí)，裁切刀輪也恰好進(jìn)入同步區域。
6. 進(jìn)入同步區域之后，裁刀速度必須隨時(shí)與進(jìn)料速度維持同步運轉，直到第二個(gè)裁切點(diǎn)出現，乃完成一次裁切循環(huán)。
圖3: 裁切長(cháng)度大于切刀圓周長(cháng)且小于兩倍切刀圓周長(cháng)的運轉曲線(xiàn)
如果裁切長(cháng)度大于切刀圓周長(cháng)且小于兩倍切刀圓周長(cháng)，則運行速度曲線(xiàn)如圖3所示?；具\行速度曲線(xiàn)類(lèi)似圖2。差異如下：
1. 在整個(gè)裁切循環(huán)中，當裁切刀輪離開(kāi)同步區域后，裁刀速度雖然也會(huì )下降，但不會(huì )降速至零速停止，不存在零速區域。
2. 經(jīng)過(guò)VEC-VBR控制系統精確的計算、控制，在裁刀速度降低到一定值之后，立刻開(kāi)始再加速；務(wù)求在裁刀速度上升到與進(jìn)料速度同步的同時(shí)，裁切刀輪也恰好進(jìn)入同步區域；并維持同步直到第二個(gè)裁切點(diǎn)出現，乃完成一次裁切循環(huán)。
3. 裁切長(cháng)度越趨近切刀圓周長(cháng)，則速度下降越少；當裁切長(cháng)度等于切刀圓周長(cháng)時(shí)，裁刀速度在整個(gè)裁切循環(huán)中都維持與進(jìn)料速度完全同步
圖4: 裁切長(cháng)度小于切刀圓周長(cháng)的運轉曲線(xiàn)
如果裁切長(cháng)度小于切刀圓周長(cháng)，則運行速度曲線(xiàn)如圖4所示；基本運行速度曲線(xiàn)類(lèi)似圖3。差異如下：
1. 在整個(gè)裁切循環(huán)中，當裁切刀輪離開(kāi)同步區域后，裁刀速度不降速，反而開(kāi)始加速。
2. 經(jīng)過(guò)VEC-VBR控制系統精確的計算、控制，在裁刀速度上升到一定值之后，立刻開(kāi)始減速；務(wù)求在裁刀速度下降到與進(jìn)料速度同步的同時(shí)，裁切刀輪也恰好進(jìn)入同步區域；并維持同步直到第二個(gè)裁切點(diǎn)出現，乃完成一次裁切循環(huán)。
3. 裁切長(cháng)度越小，則裁刀速度上升越高，將造成馬達劇烈的加減速。
四、器件選型的注意事項
VEC-VBR輪切系統基本架構中所需的主要組件是：
1. 同步伺服或感應伺服電機
必須依據系統扭力的需要，包括伺服電機、機械系統自身的慣量、效率、摩擦損耗等因素來(lái)選定適當的形式及功率。
一般選擇電機時(shí)需注意：
1）低慣量慣量愈低愈好，否則會(huì )損耗許多扭力去克服自身的慣量。
2）適當的額定轉速及減速比
選定電機規格時(shí)應配合減速機構一起考慮，最佳的匹配是當電機運行于最高轉速時(shí)， 即是機臺切刀的最高合理運轉速度（考慮機械的承受力，及實(shí)際應用上的要求）。尤其是當選用的是感應式異步電機加裝編碼器的方式搭配時(shí)，更是要考慮適當的減速比及電機的轉速配置。因為一般的異步電機的扭力輸出效率最大的區間是在額定轉速區附近，在較低的轉速區扭力輸出效率相對較差；所以若選擇1500rpm的電機，實(shí)際上僅運轉于約500~600rpm的速度區間，那么就必須改變減速比，使電機運轉于1100~1400rpm，或改用750rpm的電機來(lái)使用，如此才能發(fā)揮電機應有的扭力輸出效率。
3） 若能采用標準伺服電機則將比使用一般感應式異步電機有更好的效果。
2. VEC-VBR驅動(dòng)器
必須依據系統可能的最大扭力需要和選定的伺服電機最大額定電流來(lái)選定。驅動(dòng)器必須有回升放電功能，可以外接放電電阻（內含放電回路的機型）或外加煞車(chē)制動(dòng)器再接放電電阻（無(wú)放電回路的機型）；詳細內容請咨詢(xún)本公司技術(shù)服務(wù)咨詢(xún)人員。
3. 主線(xiàn)速度測量編碼器
依據精度要求及機械參數來(lái)選定。編碼器的選定規格需注意：
1）工作電壓5V
2）輸出部分是線(xiàn)驅動(dòng)（Line Drive），差動(dòng)式信號，增量型。
3）有A，/A，B，/B的信號。
4） 配合測量輪的外徑及減速比，測量精度需能合乎裁切精度的要求。
若采用1024ppr的編碼器，配合圓周為400mm的測量輪，如果減速比是1，其測量精度是400/1024*2=0.78mm，可應用于±1mm精度要求的測量，但不適用于±0.8mm以下精度要求的測量。要提高測量精度，則必須提高編碼器精度，或增加減速比，以提高單位長(cháng)度中的脈波輸出量。
4. 人機界面
可規劃適合的操作畫(huà)面，以便于資料輸入，動(dòng)作切換，系統監視。
5. 切點(diǎn)近接開(kāi)關(guān)
切點(diǎn)近接開(kāi)關(guān)信號的精確度直接影響裁切的精度。切點(diǎn)信號必須能有精確的重復性和穩定性，其重點(diǎn)在于能確保在高速運轉中，精確的重復標示出切刀切斷時(shí)的角度位置；信號輸出的延遲時(shí)間、感應位置的誤差量，都會(huì )造成控制上的誤差。
選擇的考慮點(diǎn)：
1）工作電壓24V。
2）輸出信號電壓24V。
3）切斷信號必須是脈沖式的信號。
4）輸出遲延時(shí)間愈小愈好。
如果延遲時(shí)間小于3usec，表示最大可能的誤差在進(jìn)料線(xiàn)速度為100米/分時(shí)為：
100,000mm/60,000,000us*3us*2=0.01mm
5）感應位置的重復性愈精準愈好。
6）感應角度愈窄愈好。
7）若要更高的精度，則必須采用編碼器的Z點(diǎn)信號取代一般的近接型開(kāi)關(guān)。
五、結束語(yǔ)
上述電腦螺旋刀橫切系統切紙速度可達200M/min切紙速度控制在0.5MM.。全自動(dòng)高速螺旋刀橫切系統高效率、高精度、高可靠性；可選擇定長(cháng)橫切、色標跟蹤橫切，可自動(dòng)換單、選擇換單。大大提高了生產(chǎn)效率。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號