關(guān)鍵詞：縱切機(jī) 系統(tǒng)解決方案 DA200 排刀工藝
縱切機(jī)是將瓦楞紙帶、鋼帶等面幅較寬的帶材，裁切成設(shè)定寬度的條狀帶材，再通過(guò)橫切工位，將條狀帶材裁切成設(shè)定長(zhǎng)度的片材。為提高設(shè)備的適應(yīng)性，一般會(huì)通過(guò)多刀選刀來(lái)完成多段裁切對(duì)少段裁切的覆蓋。橫切部分通過(guò)飛剪裁切，對(duì)縱切帶材進(jìn)行定長(zhǎng)裁剪，橫切工藝需要保證速度飽和下的保護(hù)補(bǔ)償。此外還有配方訂單，自動(dòng)換單，手動(dòng)插單等工藝要求。
項(xiàng)目客戶是江陰某刷包裝設(shè)備制造商，客戶的核心控制要求是縱切排刀，定長(zhǎng)橫切和自動(dòng)訂單排產(chǎn)，即通過(guò)排刀和橫切工藝,最終將卷筒型帶材切割成設(shè)定寬度和長(zhǎng)度的片材產(chǎn)品，并通過(guò)上位機(jī)配方排產(chǎn)，訂單結(jié)束后自動(dòng)切換下一訂單實(shí)現(xiàn)自動(dòng)訂單排產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。
縱切部分：為了兼容不同幅寬的裁切需求，縱切機(jī)機(jī)械寬度會(huì)設(shè)計(jì)的盡量寬；帶材裁切的數(shù)量也不一樣，為了兼容不同數(shù)量的裁切需求，需要配置盡量多的裁刀。本現(xiàn)場(chǎng)機(jī)架寬度2400mm，配置7把裁刀。因機(jī)械位置不可跳躍，且裁刀也有一定的寬度（約60mm左右），配置更多的裁刀意味著更多的定位干涉。排刀控制工藝的難點(diǎn)就是通過(guò)非下刀位置找位讓刀保證設(shè)定裁切的位置，進(jìn)而解決因定位干涉導(dǎo)致的撞刀或撞壁問(wèn)題。
橫切部分：運(yùn)行中橫切刀自動(dòng)與送料速度進(jìn)行速度跟隨，調(diào)節(jié)橫切速度，保證不同送料速度，不同裁切寬度下橫切刀旋轉(zhuǎn)一圈送料行走的直線長(zhǎng)度正好為設(shè)定切長(zhǎng)。此時(shí)需要通過(guò)不同切長(zhǎng)和線速度自動(dòng)調(diào)整切刀跟隨的齒輪比。另外還需做極端情況下的抗切刀速度飽和、低速限幅保護(hù)、加減速同步補(bǔ)償……等等。
自動(dòng)排單：使用多組配方功能，配方包括多組幅寬設(shè)置，每組訂單數(shù)量，裁切長(zhǎng)度等參數(shù)，自動(dòng)換單模式下，實(shí)時(shí)記錄每單數(shù)量和總數(shù)量，當(dāng)當(dāng)前訂單完成后自動(dòng)切換至下一訂單，排刀按照下一訂單自動(dòng)定位至新的縱切位置，裁刀根據(jù)下一訂單切長(zhǎng)調(diào)整橫切頻率，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)換單操作。
3.1 選型配置
根據(jù)排刀系統(tǒng)的控制要求，關(guān)鍵物料配置清單如下：
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編號(hào) |
名稱 |
型號(hào) |
數(shù)量 |
品牌 |
備注 |
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1 |
觸摸屏 |
VK100-N0CXQ |
1 |
INVT |
人機(jī)界面 |
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2 |
可編程控制器 |
IVC3-1616MAT |
1 |
INVT |
PLC |
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3 |
排刀伺服 |
SV-DA200-0R7-2-C0 |
7 |
INVT |
伺服驅(qū)動(dòng)器 |
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4 |
排刀電機(jī) |
SV-MM06-0R7B-2-1A0 |
7 |
INVT |
伺服電機(jī) |
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5 |
甩刀變頻器 |
GD20-2R2G-4 |
1 |
INVT |
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6 |
送料變頻器 |
GD20-2R2G-4 |
1 |
INVT |
|
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7 |
升降變頻器 |
GD20-004G-4 |
1 |
INVT |
|
系統(tǒng)方案簡(jiǎn)圖如下：
3.2 系統(tǒng)方案簡(jiǎn)述
本方案由顯示部分為10英寸觸摸屏?？刂坪诵臑橛⑼vIVC3系列PLC，PLC和觸摸屏之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，7臺(tái)DA200高性能伺服驅(qū)動(dòng)器控制7把排刀的走位，伺服驅(qū)動(dòng)器和PLC之間通過(guò)CANopen通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。傳送和橫切部分使用變頻器，變頻器和PLC之間通過(guò)485通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。各傳動(dòng)部分詳細(xì)的作用如下：
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編號(hào) |
名稱 |
控制說(shuō)明 |
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1 |
VK100觸摸屏 |
用于顯示與數(shù)值輸入，人機(jī)交互的窗口，所有的數(shù)據(jù)顯示與參數(shù)設(shè)定在觸摸屏上完成，觸摸屏和PLC通過(guò)以太網(wǎng)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 |
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2 |
IVC3系列PLC |
數(shù)據(jù)控制處理與信息傳送的核心，所有的控制邏輯與數(shù)據(jù)計(jì)算有PLC完成，并與外部通過(guò)通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互 |
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3 |
DA200伺服(排刀) |
PLC根據(jù)當(dāng)前各段設(shè)定裁切寬度和當(dāng)前伺服驅(qū)動(dòng)器位置計(jì)算接下來(lái)各排刀需要走位的位置，并通過(guò)CANopen通訊將定位位置和速度傳送給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器接收到定位命令后走位至通訊設(shè)定位置并零速保持，實(shí)現(xiàn)排刀定位 |
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4 |
傳送變頻器 |
PLC根據(jù)當(dāng)前觸摸屏設(shè)定的線速度和機(jī)械傳動(dòng)比計(jì)算傳送變頻運(yùn)行頻率，并通過(guò)485通訊將設(shè)定頻率寫(xiě)入傳送變頻器，傳送變頻器驅(qū)動(dòng)傳送電機(jī)，實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)速度調(diào)節(jié) |
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5 |
橫切變頻器 |
PLC根據(jù)當(dāng)前線速度和橫切寬度計(jì)算橫切變頻運(yùn)行頻率，并通過(guò)485通訊將設(shè)定頻率寫(xiě)入橫切變頻器，橫切變頻器驅(qū)動(dòng)橫切電機(jī)，實(shí)現(xiàn)橫切長(zhǎng)度調(diào)節(jié) |
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6 |
升降變頻器 |
接受傳送變頻器給定的頻率，并根據(jù)AB面實(shí)際位置疊加一個(gè)調(diào)節(jié)頻率做升降調(diào)節(jié) |
縱切機(jī)最關(guān)鍵的工藝是縱切排刀選刀和飛剪裁切：
縱切選刀：現(xiàn)場(chǎng)配置7臺(tái)DA200伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)7臺(tái)切刀，每臺(tái)切刀裝配一個(gè)原點(diǎn)開(kāi)關(guān)，回原時(shí)依次找各自的原點(diǎn)尋原。系統(tǒng)走絕對(duì)位置定位，機(jī)械安裝導(dǎo)致原點(diǎn)位置有偏差，需要做原點(diǎn)位置偏移即可解決此問(wèn)題。
七臺(tái)切刀最多實(shí)現(xiàn)6剖7幅裁切，需要能夠兼容2~6剖裁切。當(dāng)設(shè)定裁切剖數(shù)低于6剖時(shí)，需要部分裁刀讓刀，讓刀的目的是當(dāng)前刀位與目標(biāo)刀位沖突時(shí)，當(dāng)前刀位能夠正確走位讓出目標(biāo)位置，避免撞刀。裁切刀數(shù)越少，需要讓刀的刀位越多，需要考慮讓刀換刀的可能性也越多。
選刀讓刀部分比較復(fù)雜，需要做一系列的邏輯處理，大致的實(shí)現(xiàn)思路是：選擇有效設(shè)定幅寬，計(jì)算設(shè)定刀位脈沖，初定排刀刀位，未排刀工位無(wú)耦合找刀，讓刀位居中排刀，伺服重新排序，最后通過(guò)CANopen總線發(fā)送各伺服走位位置，確定下刀位，定位完成后下刀，進(jìn)行裁切。
備注：考慮到成本和工藝，現(xiàn)場(chǎng)使用的是CANopen總線定位，系統(tǒng)還可兼容Ethercat、Profinet等高速總線方案。
飛剪裁切：飛剪裁切是裁刀每轉(zhuǎn)一圈裁切一段，裁切出來(lái)的寬度需要與設(shè)定寬度完全一致，即裁刀旋轉(zhuǎn)一圈，紙張傳送的長(zhǎng)度剛好為設(shè)定切長(zhǎng)。因送紙?jiān)O(shè)置的線速度隨時(shí)可能變化，線速度變化后裁切速度也需要跟隨比例變化；切長(zhǎng)變化后，同等線速度下裁切跟隨速度也會(huì)變化，需要根據(jù)切長(zhǎng)實(shí)時(shí)計(jì)算裁切跟隨齒輪比；切長(zhǎng)較短時(shí)裁切速度更快，極易出現(xiàn)裁切速度更早進(jìn)入調(diào)速飽和區(qū)，此時(shí)需要主機(jī)做抗裁切速度飽和處理；運(yùn)行中加減速?gòu)臋C(jī)跟隨有信號(hào)滯后，易導(dǎo)致從機(jī)速度跟隨性不佳，需要加速段做加速度補(bǔ)償，減速度做減速度補(bǔ)償；裁切變頻使用開(kāi)環(huán)矢量調(diào)速，低速段穩(wěn)速精度不夠，需做低速限幅，避免低速裁切。
現(xiàn)場(chǎng)電控柜
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備
1、回原絕對(duì)零點(diǎn)軟校準(zhǔn)：現(xiàn)場(chǎng)使用的是2500線增量式編碼器，因此每次上電必須先回原點(diǎn)。7臺(tái)伺服依次對(duì)應(yīng)7個(gè)原點(diǎn)開(kāi)關(guān)，因現(xiàn)場(chǎng)需要走絕對(duì)位置定位，因此回原點(diǎn)后必須給每一個(gè)原點(diǎn)做絕對(duì)初值的處理，否則相當(dāng)于相對(duì)定位，增加程序開(kāi)發(fā)的復(fù)雜程度。我們?cè)诨卦瓿汕爸恍柙O(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器原點(diǎn)機(jī)械位置對(duì)應(yīng)的脈沖量，回原后將原點(diǎn)位置設(shè)置為此位置即可，易用性強(qiáng)，簡(jiǎn)單方便。
2、回原效率：因現(xiàn)場(chǎng)使用的是增量式編碼器方案，每次上電都需要回零，效率至關(guān)重要。市場(chǎng)上普通伺服的常規(guī)性能是依次回原，使用前一臺(tái)伺服的回零完成信號(hào)觸發(fā)第二臺(tái)伺服回零，回零路程較長(zhǎng)，效率較低。本系統(tǒng)采用DA200 CANopen總線同步觸發(fā)通訊模式，響應(yīng)速度快，通訊速度高，伺服之間響應(yīng)時(shí)間差極小，無(wú)縫快速回原，回原完畢后直接關(guān)聯(lián)同速分刀，回原和分刀效率顯著提升。
注1：綜合成本與工藝，客戶選用了2500線增量式編碼器方案，系統(tǒng)也可兼容23位多圈絕對(duì)值編碼器的方案，定位精度更高，調(diào)試更加便利。
3、排刀多刀找位耦合問(wèn)題：當(dāng)剖數(shù)較少，需要有多組排刀需要找位時(shí)，如果所有補(bǔ)刀位置的伺服都按照補(bǔ)位邏輯同時(shí)找位，因補(bǔ)刀伺服的位置在不斷變化，會(huì)導(dǎo)致找位數(shù)據(jù)耦合。為避免此情況，可按照既定的找位順序，依次補(bǔ)刀找位，完成后位置標(biāo)定，然后觸發(fā)下一臺(tái)補(bǔ)刀找位，下一臺(tái)伺服找位時(shí)除不與下刀位置沖突外，還不能與已找到補(bǔ)刀位置的伺服位置沖突……以此類推，直至7臺(tái)伺服都找到合適的停刀位置。
4、虛擬停刀位置的使用：排刀讓刀情況多種多樣，要保證一次找準(zhǔn)補(bǔ)刀位置并將補(bǔ)刀位置居中分布到位，基本不可能?？梢韵冉o各補(bǔ)刀伺服找到一個(gè)不會(huì)撞刀和撞壁的停刀位置，即為虛擬停刀位置。虛擬停刀位置比較容易解決，每次加或減固定刀寬的位置，并與左右極限位置、已定排刀位置做差值比較，符合預(yù)定條件即可。找到了虛擬停刀位置后再做刀位排序、找下刀伺服編號(hào)、居中分刀等操作，即可完成工藝要求。
5、分刀定位效率：排刀系統(tǒng)分刀要求快速準(zhǔn)確，因左右排刀時(shí)基本都是空載運(yùn)行，負(fù)載大小取決于加減速時(shí)間和負(fù)載慣量。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，可輕松實(shí)現(xiàn)1.5S內(nèi)找刀并定位完成，上位機(jī)實(shí)測(cè)快速找位時(shí)扭矩波形穩(wěn)定可控。
英威騰縱切機(jī)電氣系統(tǒng)解決方案使用優(yōu)化的排刀飛剪橫切等程序算法，采用CANopen高速工業(yè)總線通訊，完美的實(shí)現(xiàn)了快速回原、高效定位、精準(zhǔn)排刀、安全保護(hù)等關(guān)鍵性能，系統(tǒng)回原功能更強(qiáng)大，定位更準(zhǔn)確，布線更美觀，性能更穩(wěn)定。
英威騰在縱切機(jī)上極具創(chuàng)造力的系統(tǒng)解決方案，以優(yōu)秀的性能和高性價(jià)比，幫助廠家提升加工效率和品質(zhì)，減少營(yíng)運(yùn)成本，增強(qiáng)了設(shè)備廠家的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也體現(xiàn)了英威騰強(qiáng)大的系統(tǒng)集成能力，具有極強(qiáng)的市場(chǎng)推廣價(jià)值和行業(yè)引領(lǐng)作用。
