臺達(dá)自動化在全自動高速剪折機(jī)的應(yīng)用

摘 要：在分析剪折機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出基于臺達(dá)機(jī)電自動化平臺的全自動剪折機(jī)解決方案。給出變頻器主驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；PLC驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率；步進(jìn)電機(jī)變速定標(biāo)等重要控制技術(shù)設(shè)計。
關(guān)鍵詞：商標(biāo) 全自動 PLC

1 引言

剪折機(jī)是服裝、鞋類等行業(yè)的商標(biāo)加工類設(shè)備。剪折機(jī)用于帶狀商標(biāo)剪切和折燙成型加工，首先通過切刀對商標(biāo)進(jìn)行冷切或者熱切，然后經(jīng)過模具對剪切完成的商標(biāo)進(jìn)行各種形狀的折燙，可以實現(xiàn)對商標(biāo)的切片、兩邊折、對折、中間折等，實現(xiàn)帶狀商標(biāo)加工。自動剪折機(jī)外觀如圖1所示。模具和各種剪折方式如圖2所示。

傳統(tǒng)的剪折機(jī)是以儀表顯示為主，采用單板機(jī)等嵌入式專用系統(tǒng)實現(xiàn)控制，商標(biāo)長度通過機(jī)械調(diào)節(jié)。為了市場需求和自身發(fā)展要求，應(yīng)用PLC和變頻器以及觸摸屏等通用電氣自動化平臺技術(shù)開發(fā)全自動化剪折機(jī)，是剪折機(jī)設(shè)備廠家的迫切需求。

圖1 自動剪折機(jī)外觀圖

圖2 模具和各種剪折方式

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)分析

原剪折機(jī)是由電機(jī)帶動凸輪機(jī)構(gòu)使送料機(jī)構(gòu)送料、模具來回運動和切刀上下運動，一個行程完成送料、剪切和折燙等動作，電機(jī)速度、手自動啟停控制、狀態(tài)檢測和故障判斷則由單片機(jī)控制板控制，每次加工不同長度的商標(biāo)之前，需要手動調(diào)整轉(zhuǎn)盤，從而設(shè)置出所需長短尺寸，用戶反應(yīng)該電氣配置存在配件采購麻煩，控制板電氣保護(hù)差、維護(hù)困難的缺點，希望能通過電氣改造提高機(jī)器的性能和使用便利性。

2.2 臺達(dá)自動化平臺設(shè)計

根據(jù)機(jī)器的特點和用戶需求，項目設(shè)計基于臺達(dá)自動化體系平臺。選用臺達(dá)的SC系列PLC來替代控制板做為控制用，M變頻器進(jìn)行電機(jī)控制，3.8吋觸摸屏取代面板按鈕；計數(shù)器，定長送料部分則由步進(jìn)電機(jī)控制。

（1）PLC部分：選用臺達(dá)12SC11T主機(jī)，如圖3所示。

圖3 SC主機(jī)外觀圖

該主機(jī)是臺達(dá)S系列中偏向運動控制的一款，非常適合需要高速控制定位的場合，比如伺服位置控制，數(shù)控加工等，本機(jī)配置點數(shù)比較精簡，可以通過其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能輕易實現(xiàn)多點數(shù)，本項目中另外加16SP（DI 8點，DO8點）做為I/0擴(kuò)展用。

（2）變頻器部分：選用臺達(dá)M系列015M21A型變頻器，如圖4所示。

圖4 臺達(dá)M系列變頻器

特點：

·輸出頻率0.1~400Hz
·可設(shè)定V/F以及矢量控制
·載波頻率可達(dá)15kHz
·支持MODBUS通訊
·內(nèi)含PID反饋功能
·零速力矩保持功能

M系列臺達(dá)變頻器家族中的迷你高功能型，應(yīng)用廣泛，本項目中主要利用其變頻和通訊功能，通過MODBUS通訊可以很方便地實現(xiàn)上位機(jī)對變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和讀取，從而實現(xiàn)對機(jī)器速度的準(zhǔn)確實時監(jiān)控。

（3）人機(jī)界面：選用臺達(dá)3.8吋AS3.8BSTD型觸摸屏，如圖5所示。

圖5 臺達(dá)AS觸摸屏

特點：

·8灰接藍(lán)白STN，256色
·解析度：320*240像素
·支持RS485/RS232/RS422通訊
·支持USB存儲、鼠標(biāo)、打印

通過臺達(dá)人機(jī)可以方便地控制和監(jiān)視，原按鈕和計數(shù)器功能都可以通過畫面實現(xiàn)，使控制箱面板更加簡潔，提高了產(chǎn)品的檔次，適應(yīng)了市場需求。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 主驅(qū)電機(jī)

主機(jī)要求速度達(dá)到0~150切/分，送料長度控制在0.2mm精度，工作長度范圍在40mm-240mm。電機(jī)減速比設(shè)計為1：10，若要求達(dá)到200切/分，則當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=150*10=1500轉(zhuǎn)/分，要求輸出頻率為：f=n·p/60=1500·2/60=50Hz，速度要求滿足。

3.2 送料步進(jìn)電機(jī)

送料長度由步進(jìn)電機(jī)控制，要求控制精度為0.2mm，送料輥周長115mm，減速比1:2，設(shè)置步進(jìn)驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)使每轉(zhuǎn)一圈對應(yīng)脈沖數(shù)為600，送料輥每轉(zhuǎn)1圈電機(jī)需轉(zhuǎn)2圈，則每個脈沖對應(yīng)送料長度為：L=115/2*600=0.096mm<0.2mm，滿足控制要求。

3.2 PLC高速脈沖輸出接口

送料長度范圍40mm~240mm，則要求每次發(fā)送脈沖數(shù)為416~2500。最大速度150切/分，每完成一次動作的最短時間為0.4秒，每次送料占用時間是總行程的1/2，則送料最短時間為0.2秒，由于加減速時間和找標(biāo)的時間大致為0.1秒，所以要求脈沖發(fā)送頻率最高：2500/0.1=25000脈沖/秒，SC最高可以輸出頻率達(dá)到200kHz，SC系列PLC高速脈沖輸出接口完全滿足要求。

3.4 定標(biāo)實現(xiàn)

帶狀商標(biāo)上有位置色標(biāo)，色標(biāo)間隔反應(yīng)了商標(biāo)的長度。定標(biāo)送料就是通過光學(xué)傳感器檢測色標(biāo)位置，每次檢測到色標(biāo)就停止送料，等待切刀完成剪切動作。由于步進(jìn)電機(jī)的特點，當(dāng)起始發(fā)送脈沖頻率過高則容易出現(xiàn)失步堵轉(zhuǎn)，因此需降低起始頻率，通過一個加速和減速過程，即以較低的速度起動，而后逐漸加速到某一速度運行，再逐漸減速直至停止。進(jìn)行合理、平滑的加減速控制是保證步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)可靠、高效、精確運行的關(guān)鍵。

定標(biāo)采用兩步走的方式，先按設(shè)定長度高速走一段定長，通過D1340設(shè)置加減速時間，離色標(biāo)還有1~2mm的距離時開始低速找標(biāo)，色標(biāo)檢測到則產(chǎn)生一個中斷信號進(jìn)PLC，在中斷程序中對M1334進(jìn)行置位，使DDRVI的Y10立刻停止脈沖輸出，電機(jī)馬上停止。

3.5 PLC接口設(shè)計（表1）

表1 I/O接口定義

注：晶體管輸出信號經(jīng)過繼電器轉(zhuǎn)接后控制外部電路。

4 結(jié)束語

經(jīng)過全新電氣改造的自動剪折機(jī)，無論從產(chǎn)品外觀還是性能上都有了提高，經(jīng)過上帶連續(xù)生產(chǎn)，證實了產(chǎn)品性能上完全達(dá)到了用戶的要求，由于采用了人機(jī)界面使得在操作便利上有了非常大的提高，雖然產(chǎn)品的控制點數(shù)不多，卻涵蓋了臺達(dá)從PLC、變頻器到人機(jī)界面幾大產(chǎn)品的應(yīng)用，是臺達(dá)自動化產(chǎn)品和機(jī)械的又一次成功結(jié)合