|
一、 引言
隨sui著zhe包bao裝zhuang行xing業ye的de迅xun猛meng發fa展zhan，瓦wa楞leng紙zhi板ban生sheng產chan線xian的de生sheng產chan效xiao率lv逐zhu年nian提ti高gao，主zhu要yao體ti現xian在zai瓦wa楞leng紙zhi板ban生sheng產chan線xian後hou端duan的de電dian腦nao橫heng切qie機ji速su度du的de大da幅fu提ti高gao。電dian腦nao橫heng切qie機ji的de控kong製zhi部bu分fen需xu滿man足zu精jing準zhun的de裁cai切qie長chang度du的de同tong時shi還hai要yao滿man足zu很hen高gao的de裁cai切qie速su度du。其qi難nan點dian在zai於yu紙zhi板ban處chu於yu高gao速su運yun動dong狀zhuang態tai，切qie刀dao的de動dong態tai控kong製zhi需xu極ji高gao的de運yun算suan速su度du和he極ji高gao的de跟gen蹤zong性xing能neng。變bian頻pin器qi的de控kong製zhi無wu法fa達da到dao高gao的de裁cai切qie速su度du（40M/min—80M/min），裁切誤差也隨速度的提高而越來越大，PLC對dui脈mai衝chong的de反fan饋kui速su度du也ye無wu法fa滿man足zu裁cai切qie精jing度du的de要yao求qiu。運yun動dong控kong製zhi卡ka加jia進jin口kou伺si服fu係xi統tong的de控kong製zhi方fang式shi是shi完wan全quan可ke以yi滿man足zu精jing度du和he速su度du的de雙shuang向xiang要yao求qiu，速su度du可ke達da到dao200M/min—300M/min，還是有價格昂貴，供貨時間長等不足之處。本文著重介紹的將運動控製卡集成在伺服驅動器之內的VEC品牌伺服驅動器在橫切係統中的應用。
二、 係統組成
下xia圖tu為wei電dian腦nao螺luo旋xuan刀dao橫heng切qie機ji控kong製zhi簡jian圖tu。此ci係xi統tong實shi現xian旋xuan轉zhuan式shi同tong步bu動dong態tai裁cai切qie，上shang下xia兩liang組zu裁cai切qie輪lun刀dao同tong時shi被bei伺si服fu馬ma達da帶dai動dong，各ge依yi箭jian頭tou所suo示shi方fang向xiang相xiang對dui旋xuan轉zhuan。輪lun刀dao之zhi上shang的de刀dao刃ren必bi須xu作zuo精jing密mi的de調tiao整zheng，當dang上shang輪lun刀dao之zhi刀dao刃ren旋xuan轉zhuan至zhi正zheng下xia方fang時shi，下xia刀dao刃ren恰qia好hao轉zhuan至zhi正zheng上shang方fang，才cai能neng執zhi行xing正zheng確que的de裁cai切qie。每mei次ci裁cai切qie刀dao輪lun旋xuan轉zhuan一yi圈quan，便bian自zi動dong將jiang材cai料liao切qie斷duan一yi次ci；馬達隻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製簡圖
係統組成及其功能介紹：
1、旋轉式同步飛剪控製驅動係統（VEC-VBR）：
接受PLC及HMI輸入的運轉命令及長度設定
偵測量測輪編碼器傳回之脈衝，得知進料速度及進料長度。
控製伺服馬達之運轉速度及同步定位動作
2、人機界麵（HMI）：
接受設定資料及顯示運轉狀態
3、PLC：
處理基本之接口、互鎖、連動信號
4、永磁同步伺服馬達 或 感應式伺服馬達：
將馬達動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編碼器產生脈衝信號
三、工作原理
電腦橫切機切紙板時，切刀運行的速度曲線因裁切長度的不同而不同，大體分三種情況：裁切長度大於兩倍切刀圓周長、裁切長度大於切刀圓周長且小於兩倍切刀圓周長、裁切長度小於切刀圓周長。
第一種情況：裁切長度大於兩倍切刀圓周長
圖2: 裁切長度大於兩倍切刀圓周長的運轉曲線
如果裁切長度大於兩倍切刀圓周長，運行速度曲線如圖2所示；整個裁切循環從第一個裁切點開始到第二個裁切點結束，重點分段說明如下：
1. VEC-VBR控製係統隨時監控進料長度與進料速度並控製伺服馬達帶動裁切刀輪，掌握正確的裁刀速度曲線。
2. 從第一個裁切點開始 (裁刀方位角等於180度)，當時仍然在同步區域內，因此裁刀速度必須與進料速度維持同步運轉。
3. 當裁切刀」離開同步區域後，裁刀速度曲線經過控製係統精確的計算、控製，在降低到零速的同時，裁刀方位角也必須剛好等於0度。
4. 當進料長度累計到適當長度時，裁切刀輪開始朝進料速度目標加速；而且裁刀速度曲線經過控製係統精確的計算、控製，務求在裁刀速度上升到與進料速度同步的同時，裁切刀輪也恰好進入同步區域。
6. 進入同步區域之後，裁刀速度必須隨時與進料速度維持同步運轉，直到第二個裁切點出現，乃完成一次裁切循環。
圖3: 裁切長度大於切刀圓周長且小於兩倍切刀圓周長的運轉曲線
如果裁切長度大於切刀圓周長且小於兩倍切刀圓周長，則運行速度曲線如圖3所示。基本運行速度曲線類似圖2。差異如下：
1. 在整個裁切循環中，當裁切刀輪離開同步區域後，裁刀速度雖然也會下降，但不會降速至零速停止，不存在零速區域。
2. 經過VEC-VBR控製係統精確的計算、控製，在裁刀速度降低到一定值之後，立刻開始再加速；務求在裁刀速度上升到與進料速度同步的同時，裁切刀輪也恰好進入同步區域；並維持同步直到第二個裁切點出現，乃完成一次裁切循環。
3. 裁切長度越趨近切刀圓周長，則速度下降越少；當裁切長度等於切刀圓周長時，裁刀速度在整個裁切循環中都維持與進料速度完全同步
圖4: 裁切長度小於切刀圓周長的運轉曲線
如果裁切長度小於切刀圓周長，則運行速度曲線如圖4所示；基本運行速度曲線類似圖3。差異如下：
1. 在整個裁切循環中，當裁切刀輪離開同步區域後，裁刀速度不降速，反而開始加速。
2. 經過VEC-VBR控製係統精確的計算、控製，在裁刀速度上升到一定值之後，立刻開始減速；務求在裁刀速度下降到與進料速度同步的同時，裁切刀輪也恰好進入同步區域；並維持同步直到第二個裁切點出現，乃完成一次裁切循環。
3. 裁切長度越小，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輪切係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
必須依據係統扭力的需要，包括伺服電機、機械係統自身的慣量、效率、摩擦損耗等因素來選定適當的形式及功率。
一般選擇電機時需注意：
1）低慣量慣量愈低愈好，否則會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
選定電機規格時應配合減速機構一起考慮，最佳的匹配是當電機運行於最高轉速時， 即是機台切刀的最高合理運轉速度（考慮機械的承受力，及實際應用上的要求）。尤(you)其(qi)是(shi)當(dang)選(xuan)用(yong)的(de)是(shi)感(gan)應(ying)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)加(jia)裝(zhuang)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)方(fang)式(shi)搭(da)配(pei)時(shi)，更(geng)是(shi)要(yao)考(kao)慮(lv)適(shi)當(dang)的(de)減(jian)速(su)比(bi)及(ji)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)配(pei)置(zhi)。因(yin)為(wei)一(yi)般(ban)的(de)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)扭(niu)力(li)輸(shu)出(chu)效(xiao)率(lv)最(zui)大(da)的(de)區(qu)間(jian)是(shi)在(zai)額(e)定(ding)轉(zhuan)速(su)區(qu)附(fu)近(jin)，在(zai)較(jiao)低(di)的(de)轉(zhuan)速(su)區(qu)扭(niu)力(li)輸(shu)出(chu)效(xiao)率(lv)相(xiang)對(dui)較(jiao)差(cha)；所以若選擇1500rpm的電機，實際上僅運轉於約500~600rpm的速度區間，那麼就必須改變減速比，使電機運轉於1100~1400rpm，或改用750rpm的電機來使用，如此才能發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驅動器
必須依據係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選定。驅動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）或外加煞車製動器再接放電電阻（無放電回路的機型）；詳細內容請谘詢本公司技術服務谘詢人員。
3. 主線速度測量編碼器
依據精度要求及機械參數來選定。編碼器的選定規格需注意：
1）工作電壓5V
2）輸出部分是線驅動（Line Drive），差動式信號，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，可應用於±1mm精度要求的測量，但不適用於±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，以提高單位長度中的脈波輸出量。
4. 人機界麵
可規劃適合的操作畫麵，以便於資料輸入，動作切換，係統監視。
5. 切點近接開關
切qie點dian近jin接jie開kai關guan信xin號hao的de精jing確que度du直zhi接jie影ying響xiang裁cai切qie的de精jing度du。切qie點dian信xin號hao必bi須xu能neng有you精jing確que的de重zhong複fu性xing和he穩wen定ding性xing，其qi重zhong點dian在zai於yu能neng確que保bao在zai高gao速su運yun轉zhuan中zhong，精jing確que的de重zhong複fu標biao示shi出chu切qie刀dao切qie斷duan時shi的de角jiao度du位wei置zhi；信號輸出的延遲時間、感應位置的誤差量，都會造成控製上的誤差。
選擇的考慮點：
1）工作電壓24V。
2）輸出信號電壓24V。
3）切斷信號必須是脈衝式的信號。
4）輸出遲延時間愈小愈好。
如果延遲時間小於3usec，表示最大可能的誤差在進料線速度為100米/分時為：
100,000mm/60,000,000us*3us*2=0.01mm
5）感應位置的重複性愈精準愈好。
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點信號取代一般的近接型開關。
五、結束語
上述電腦螺旋刀橫切係統切紙速度可達200M/min切紙速度控製在0.5MM.。全自動高速螺旋刀橫切係統高效率、高精度、高可靠性；可選擇定長橫切、色標跟蹤橫切，可自動換單、選擇換單。大大提高了生產效率。
|
