臺達機電產品在雙伺服自動切臺上的應用
摘 要：自動切臺是用來定長分切卷材的專用設備，通常用于透明膠帶、不干膠帶、塑料膜、紙卷等生產工藝環節。本文描述基于臺達自動化整合技術的自動切臺電氣控制系統應用研發。
關鍵字：伺服 自動切臺 PLC 變頻器
1 引言
自動切臺的主要用途是用來定長切割透明膠帶、不干膠帶、塑料膜、紙卷等材料，將整卷寬幅的材料通過設定的寬度分切成小卷。例如常用的透明膠，就是通過該設備切割而成。切割的寬度可以在人機界面上進行設定。在人機界面上可以建立多種工作模式，每種模式包含：設定寬度、切割刀數兩個參數。例如如果客戶選擇模式1，則運行后系統自動按照模式1設定的寬度進行切割，切割的刀數達到設定的刀數后，自動停機。如果選擇模式10，則啟動后，系統將模式10所設定的刀數切割完畢后，自動停機。雙伺服與單伺服的區別就在于，單伺服控制切臺的移動是通過伺服帶動，進刀和退刀依靠油壓系統控制。雙伺服不僅切臺的移動使用伺服而且進刀和退刀也使用伺服。進刀的長度能夠在人機上進行設定，提高了切割的精度。
自動切臺分為單管和雙管兩種。這兩種設備上海機電都已經有了成功的案例，而且已經在客戶處穩定使用，配套機械廠商也已經在正常的使用臺達的產品。因為該行業的競爭日漸激烈，為了能進一步提高設備的檔次并且滿足更高的精度要求，我們為客戶提供了雙伺服自動切臺的控制方案，通過兩天的開發及調試，將設備開發成功。近一步鞏固了客戶使用臺達產品的信心。同時臺達伺服的性能也得到了客戶的認可。
2 電控系統設計
2.1 系統組成
系統組成參見系統框圖（圖1）。
圖1 系統框圖
2.2 基于臺達技術平臺的電控系統硬件配置
名稱 型號 數量 制造商
觸摸屏 DOP-A57CSTD 1 臺達
PLC DVP-32EH00T 1 臺達
PLC DVP-08HN00T 1 臺達
變頻器 VFD-037B43A 1 臺達
變頻器 VFD-022B43A 1 臺達
AC伺服馬達控制器 ASDA-A0721L 2 臺達
接近開關 —— 8 國產
開關電源 DC24V 1 臺灣明緯
3 雙伺服自動切臺的控制系統設計
3.1 工藝主體分析
雙伺服自動切臺由兩臺變頻器驅動。一臺驅動主軸馬達；另外一臺驅動圓刀（切刀）。兩臺伺服同軸與絲桿相連，一臺控制切臺的定位，即定長。另外一臺控制進刀和退刀。變頻器通過RS485通訊的方式控制，給定主軸和圓刀的轉速。伺服用Pt模式定位。根據客戶的要求為其提供了單段和連續兩種控制方式和10種操作模式。如果有特殊需要，可以將操作模式擴展到幾十種模式。每種操作模式包含：寬度設定、刀數設定兩個參數。
3.2 工藝控制設計
客戶根據生產的要求，將需要生產的膠帶的寬度和該寬度需要切割的刀數在參數表中預先設定好，這兩個參數關聯PLC中的掉電保持寄存器。如果操作人員選擇單段控制方式，在人機上輸入模式號后，系統自動把對應該模式的參數（寬度和刀數）調用出來。啟動后，切臺通過伺服開始定長橫向移動，當到達設定的寬度后，切臺橫向移動停止，通過另外一臺伺服控制切臺縱向移動。當切臺移動至前限位處，定時開始，保證將膠帶完全切斷，定時時間一到，自動退回至后限位開關處停止。如果該模式設定的刀數不為零，則重復以上動作，直到切割的次數等于該模式設定的刀數后，自動停止。如果該模式設定的刀數為零則系統不動作。而如果操作人員選擇連續控制方式，在人機上輸入模式號，則啟動后系統自動按照模式1設定的寬度和刀數切割，當模式1切割完畢后，自動按照下一模式設定的寬度和刀數切割，如果該模式的設定刀數為零，則系統自動跳過該模式，執行下一模式，直到將設定的模式全部切完后自動停機。例如：在連續模式下：選擇模式１０，啟動后系統按照模式１設定的參數切割，模式１切割完畢，如果模式２中設定的刀數不為零，則按照模式２設定的寬度和刀數自動切割；如果模式２中設定的刀數為零，則系統自動跳過模式２，按照模式３中設定的參數切割。以此類推，直到將模式１０設定的寬度和刀數切割完畢后，系統自動停機。切臺橫向移動的速度可以在人機上進行設定，橫向移動的速度分為兩段速：移動的初速、正常運行速度。兩段速度的切換通過定時完成。兩段速切換的時間在人機上進行設定。系統在正常生產前要進行對刀，以保證圓刀能夠將所需要切割的材料切斷，同時要求快速地進刀/退刀，當圓刀即將與材料接觸時，圓刀滿速切割。切割完畢，快速退刀。在這一要求下，我為客戶設計了非常人性化的操作。啟動前，在人機上設定好進刀速度、切割速度，然后手動進刀。手動進刀開始時進刀速度較快，送開手動進刀，圓刀快速退回。此時，系統自動記憶手動進刀運行的時間，并且將該段時間在人機上顯示。當系統處于正常運行狀態時，每次切割，圓刀都以設定的進刀速度快速接近被切割的材料，運行對刀前自動記憶的時間，時間一到遍以設定的切割速度進行慢速切割。操作簡潔便利，更加人性化。
3.3 工藝控制流程
系統控制流程的順序如下所述：首先夾頭動作，夾頭動作前，搖臂氣缸首先要向上動作，上到限位后，夾頭和頂針動作，將主軸頂緊并且夾住。然后主軸和圓刀才能啟動進行切割。在自動運行過程中如果按全部停止，則主軸和圓刀停止運轉，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。在連續運行完畢后，系統自動停止，并且自動將頂針退回，夾頭松開。搖臂氣缸向下到位。然后當重新換卷后，如果啟動夾頭，則切臺自動復位到原點，并且搖臂向上到位，頂針頂到位，夾頭夾緊主軸，便于整卷膠帶切割完畢后，進行換卷時，方便使用人員的操作。
3.4 自動記憶功能
在整個自動切卷的過程中，如果出現任何故障或者操作人員手動停車，則系統記錄當前執行到的模式號和已經完成了幾次切割，如果故障處理完畢后再次啟動，則按照停車前的模式繼續切割。以上所述的是自動切割狀態。
3.5 自動對刀功能
在手動狀態下，為客戶提供了自動對刀的功能。即在出現故障或前一次切割質量不高時，在停機的狀態下，可以通過人機或操作面板上，按間接歸位或間接前進按鈕，切臺自動以當前模式設定的寬度向后或向前移動一個寬度，達到自動對刀的功能。同時也提供手動對刀的功能。
3.6 關鍵技術設計
1 模式參數的設定及調用
利用PLC中連續的掉電保持區的數據記憶所有的模式參數（寬
度設定、刀數設定），且在PLC中對應的地址都是雙字。假如模式1中寬度設定對應PLC中的D500，則刀數設定對應PLC中的D502，則模式2中兩個參數在PLC中對應的地址為D504、D506。所以可以利用變址來尋址。模式號的輸入對應D570，則通過以下程序即可實現參數的調用之功能。
SUB D570 K1 D90
MUL D90 K4 D92
MOV D92 F2
ADD D92 K2 D160
MOV D160 F1
DMOV D500F2 D192 //設定寬度
MOV D500F1 D190 //設定刀數
2 長度計算
絲桿的導程10mm,電子齒輪比為2，伺服每10000脈沖/圈，伺服與絲桿同軸連接。寬度設定2位小數。因此可以推出設定的寬度與所需發送脈沖之間的關系如下：
所需脈沖=10000*設定寬度/100*電子齒輪比*導程=設定寬度*5
3 模式轉換
當前已切割刀數以退刀到位為基準，每次加一。當已切割刀數與設定刀數相等時， 將模式自動加一。從而將運行參數自動轉換成下一模式設定的參數。
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 系統調試
4.1系統調試
1通過調試完成整個控制的邏輯部分。保證基本的邏輯動作無誤。
2將主軸和圓刀的頻率部分的通訊程序調試成功。
3用手動模式，使伺服以JOG的方式運行。
4伺服參數設定：1-00：2；1-01：0；1-44：2；2-08：12；2-10：1；2-15：0；2-16：0；2-17：0；根據伺服具體的運行效果調整2-00；2-02；2-04；2-25；2-26；同時相應的調整1-08參數，以保證伺服在告訴運行時平緩一些，根據具體情況設定該參數。
5判斷伺服的運轉方向，與要求一致。
6將伺服驅動上的接地按要求接好，同時將變頻器上的接地線與可靠大地連接。否則有可能因為變頻器運行起來的干擾使伺服誤動作。如果現場沒有可靠的大地，相應的降低變頻器的載波頻率。如果電柜內有24V電源，可以考慮將變頻器的接地線與開關電源的24V-相連，以降低干擾。
4.2 整機圖片
關鍵字：伺服 自動切臺 PLC 變頻器
1 引言
自動切臺的主要用途是用來定長切割透明膠帶、不干膠帶、塑料膜、紙卷等材料，將整卷寬幅的材料通過設定的寬度分切成小卷。例如常用的透明膠，就是通過該設備切割而成。切割的寬度可以在人機界面上進行設定。在人機界面上可以建立多種工作模式，每種模式包含：設定寬度、切割刀數兩個參數。例如如果客戶選擇模式1，則運行后系統自動按照模式1設定的寬度進行切割，切割的刀數達到設定的刀數后，自動停機。如果選擇模式10，則啟動后，系統將模式10所設定的刀數切割完畢后，自動停機。雙伺服與單伺服的區別就在于，單伺服控制切臺的移動是通過伺服帶動，進刀和退刀依靠油壓系統控制。雙伺服不僅切臺的移動使用伺服而且進刀和退刀也使用伺服。進刀的長度能夠在人機上進行設定，提高了切割的精度。
自動切臺分為單管和雙管兩種。這兩種設備上海機電都已經有了成功的案例，而且已經在客戶處穩定使用，配套機械廠商也已經在正常的使用臺達的產品。因為該行業的競爭日漸激烈，為了能進一步提高設備的檔次并且滿足更高的精度要求，我們為客戶提供了雙伺服自動切臺的控制方案，通過兩天的開發及調試，將設備開發成功。近一步鞏固了客戶使用臺達產品的信心。同時臺達伺服的性能也得到了客戶的認可。
2 電控系統設計
2.1 系統組成
系統組成參見系統框圖（圖1）。
圖1 系統框圖
2.2 基于臺達技術平臺的電控系統硬件配置
名稱 型號 數量 制造商
觸摸屏 DOP-A57CSTD 1 臺達
PLC DVP-32EH00T 1 臺達
PLC DVP-08HN00T 1 臺達
變頻器 VFD-037B43A 1 臺達
變頻器 VFD-022B43A 1 臺達
AC伺服馬達控制器 ASDA-A0721L 2 臺達
接近開關 —— 8 國產
開關電源 DC24V 1 臺灣明緯
3 雙伺服自動切臺的控制系統設計
3.1 工藝主體分析
雙伺服自動切臺由兩臺變頻器驅動。一臺驅動主軸馬達；另外一臺驅動圓刀（切刀）。兩臺伺服同軸與絲桿相連，一臺控制切臺的定位，即定長。另外一臺控制進刀和退刀。變頻器通過RS485通訊的方式控制，給定主軸和圓刀的轉速。伺服用Pt模式定位。根據客戶的要求為其提供了單段和連續兩種控制方式和10種操作模式。如果有特殊需要，可以將操作模式擴展到幾十種模式。每種操作模式包含：寬度設定、刀數設定兩個參數。
3.2 工藝控制設計
客戶根據生產的要求，將需要生產的膠帶的寬度和該寬度需要切割的刀數在參數表中預先設定好，這兩個參數關聯PLC中的掉電保持寄存器。如果操作人員選擇單段控制方式，在人機上輸入模式號后，系統自動把對應該模式的參數（寬度和刀數）調用出來。啟動后，切臺通過伺服開始定長橫向移動，當到達設定的寬度后，切臺橫向移動停止，通過另外一臺伺服控制切臺縱向移動。當切臺移動至前限位處，定時開始，保證將膠帶完全切斷，定時時間一到，自動退回至后限位開關處停止。如果該模式設定的刀數不為零，則重復以上動作，直到切割的次數等于該模式設定的刀數后，自動停止。如果該模式設定的刀數為零則系統不動作。而如果操作人員選擇連續控制方式，在人機上輸入模式號，則啟動后系統自動按照模式1設定的寬度和刀數切割，當模式1切割完畢后，自動按照下一模式設定的寬度和刀數切割，如果該模式的設定刀數為零，則系統自動跳過該模式，執行下一模式，直到將設定的模式全部切完后自動停機。例如：在連續模式下：選擇模式１０，啟動后系統按照模式１設定的參數切割，模式１切割完畢，如果模式２中設定的刀數不為零，則按照模式２設定的寬度和刀數自動切割；如果模式２中設定的刀數為零，則系統自動跳過模式２，按照模式３中設定的參數切割。以此類推，直到將模式１０設定的寬度和刀數切割完畢后，系統自動停機。切臺橫向移動的速度可以在人機上進行設定，橫向移動的速度分為兩段速：移動的初速、正常運行速度。兩段速度的切換通過定時完成。兩段速切換的時間在人機上進行設定。系統在正常生產前要進行對刀，以保證圓刀能夠將所需要切割的材料切斷，同時要求快速地進刀/退刀，當圓刀即將與材料接觸時，圓刀滿速切割。切割完畢，快速退刀。在這一要求下，我為客戶設計了非常人性化的操作。啟動前，在人機上設定好進刀速度、切割速度，然后手動進刀。手動進刀開始時進刀速度較快，送開手動進刀，圓刀快速退回。此時，系統自動記憶手動進刀運行的時間，并且將該段時間在人機上顯示。當系統處于正常運行狀態時，每次切割，圓刀都以設定的進刀速度快速接近被切割的材料，運行對刀前自動記憶的時間，時間一到遍以設定的切割速度進行慢速切割。操作簡潔便利，更加人性化。
3.3 工藝控制流程
系統控制流程的順序如下所述：首先夾頭動作，夾頭動作前，搖臂氣缸首先要向上動作，上到限位后，夾頭和頂針動作，將主軸頂緊并且夾住。然后主軸和圓刀才能啟動進行切割。在自動運行過程中如果按全部停止，則主軸和圓刀停止運轉，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。在連續運行完畢后，系統自動停止，并且自動將頂針退回，夾頭松開。搖臂氣缸向下到位。然后當重新換卷后，如果啟動夾頭，則切臺自動復位到原點，并且搖臂向上到位，頂針頂到位，夾頭夾緊主軸，便于整卷膠帶切割完畢后，進行換卷時，方便使用人員的操作。
3.4 自動記憶功能
在整個自動切卷的過程中，如果出現任何故障或者操作人員手動停車，則系統記錄當前執行到的模式號和已經完成了幾次切割，如果故障處理完畢后再次啟動，則按照停車前的模式繼續切割。以上所述的是自動切割狀態。
3.5 自動對刀功能
在手動狀態下，為客戶提供了自動對刀的功能。即在出現故障或前一次切割質量不高時，在停機的狀態下，可以通過人機或操作面板上，按間接歸位或間接前進按鈕，切臺自動以當前模式設定的寬度向后或向前移動一個寬度，達到自動對刀的功能。同時也提供手動對刀的功能。
3.6 關鍵技術設計
1 模式參數的設定及調用
利用PLC中連續的掉電保持區的數據記憶所有的模式參數（寬
度設定、刀數設定），且在PLC中對應的地址都是雙字。假如模式1中寬度設定對應PLC中的D500，則刀數設定對應PLC中的D502，則模式2中兩個參數在PLC中對應的地址為D504、D506。所以可以利用變址來尋址。模式號的輸入對應D570，則通過以下程序即可實現參數的調用之功能。
SUB D570 K1 D90
MUL D90 K4 D92
MOV D92 F2
ADD D92 K2 D160
MOV D160 F1
DMOV D500F2 D192 //設定寬度
MOV D500F1 D190 //設定刀數
2 長度計算
絲桿的導程10mm,電子齒輪比為2，伺服每10000脈沖/圈，伺服與絲桿同軸連接。寬度設定2位小數。因此可以推出設定的寬度與所需發送脈沖之間的關系如下：
所需脈沖=10000*設定寬度/100*電子齒輪比*導程=設定寬度*5
3 模式轉換
當前已切割刀數以退刀到位為基準，每次加一。當已切割刀數與設定刀數相等時， 將模式自動加一。從而將運行參數自動轉換成下一模式設定的參數。
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 系統調試
4.1系統調試
1通過調試完成整個控制的邏輯部分。保證基本的邏輯動作無誤。
2將主軸和圓刀的頻率部分的通訊程序調試成功。
3用手動模式，使伺服以JOG的方式運行。
4伺服參數設定：1-00：2；1-01：0；1-44：2；2-08：12；2-10：1；2-15：0；2-16：0；2-17：0；根據伺服具體的運行效果調整2-00；2-02；2-04；2-25；2-26；同時相應的調整1-08參數，以保證伺服在告訴運行時平緩一些，根據具體情況設定該參數。
5判斷伺服的運轉方向，與要求一致。
6將伺服驅動上的接地按要求接好，同時將變頻器上的接地線與可靠大地連接。否則有可能因為變頻器運行起來的干擾使伺服誤動作。如果現場沒有可靠的大地，相應的降低變頻器的載波頻率。如果電柜內有24V電源，可以考慮將變頻器的接地線與開關電源的24V-相連，以降低干擾。
4.2 整機圖片
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