台达机电产品在瓦楞纸板横切控制系统中的应用

本文详尽介绍了瓦楞纸横切机的工艺，并依据横切机系统的要求结合台达PLC、 台达V系列变频器台达人机产品的特色，提供客户高附加值的解决方案。
1. 引言
近年来我国经济一直保持高速增长的态势，特别是在食品、饮料、电器和玩具等轻工业市场的内需和出口的迅猛发展，促使与其相关的包装行业也有很快的发展。瓦楞纸板箱在包装领域里占相当大的比重，横切机是瓦楞纸板生产线末端的一个重要的环节，横切机的性能是影响产品质量和生产效率的重要因素之一，也是整个生产线电气控制最复杂的一个环节。随着中达电通机电产品品种的增多和性能的提高，现在已经用中达电通的触摸屏、PLC、变频器组成一个完整的横切控制系统应用于中、低速的瓦楞纸板生产线上，而且效果非常理想。本系统主要效能包括：
（1）生产效能及良率的提高
（2）横切精度提高
（3）方便调适
（4）运行平稳
（5）操作简便

2. 行业背景
目前市场存在两种形式的瓦楞纸横切机，行业中称为机械横切机和电脑横切机。所谓机械横切机就是采用机械连杆带动不同的凸轮来完成横切的动作；机械横切机的优点是价格便宜，缺点在于横切不同长度的纸板时，每次都必须重新调整连杆的长度，此调整动作不易而且会影响横切的精度； 另外由于连杆长度的限制，所以切纸可调的范围很小。所谓电脑横切机就是用单片机、PLC、电脑以算法来控制变频器或伺服控制器驱动马达，带动机械完成切纸的功能，这种横切机的生产效能及良率高、横切精度高、方便调适、操作简便、切纸范围宽、机械结构也简单，因而广泛被普遍采用。

近年来欧美和台湾一些厂家先后推出专门应用于瓦楞纸横切的伺服控制器，例如：德国的伦茨、科比、台湾的正频等，这些系统切纸精度可达到±1mm，但价格很高，一般是变频器系统的四到五倍，因此伺服电脑横切机控制器一般用于高速横切机上。国内也有一些厂家利用工控机、PLC、单片机自行开发算法来控制变频器完成横切动作，但这些系统一般用于速度60M/min以下的生产线，横切精度误差较大( 约为 ±3mm左右)，其优点是价格比较低。而目前国内市场大多数生产线的速度都在每分钟100米左右，急需性能界于此二者之间的电脑横切机控制系统，今年中达电通推出了台达EH型PLC使这种想法可以实现。台达EH型PLC基本指令运算处理的最短时间为0.24μs，高速计数输入和输出都可达到200KHZ，大大提升了控制器的运行速度；而VFD-V型变频器加上PG卡使性能接近伺服；因此我们采用台达触摸屏（DOP-A57GSTD）、PLC（DVP-20EH）、变频器（VFD075V43A）、编码器（ES3-11CG6941）组成的横切控制系统，再配有完美的算法，可应用于速度每分钟100米的生产线，并且精度可达到±1.5mm。

3.系统结构及简介


上图为由台达机电产品组成的瓦楞纸板横切机的整体控制原理图，其中：
·触摸屏：用于参数输入和控制命令的发出
·DVP-20EH：是整个系统的核心，它进行信号和资料处理，并利用高速脉冲控制变频器完成横切动作。
·切点接近开关：提供切刀切断纸板时的反馈信号
·轮刀轴心上的编码器: 提供轮刀位置的反馈信号。
·测纸轮上编码器: 提供进料速度和长度的反馈信号。
·中达V系列变频器驱动 :　控制变频电机，经由减速机直接控制刀辊。

托纸辊 : 托起纸板和测纸轮，有些厂家为节省成本采用托纸板，但效果相对差些。
·进纸辊：有电机带动，一是给纸板前进提供动力，二是保持纸板具有一定张力。
·出纸辊：做为输送、切断纸板作用。
·进料方向从左向右，轮切刀上刀为逆时针、下刀顺时针为正转方向。


4.横切控制的实现方法
首先让我们先谈谈运用了PLC那些特殊功能，要实现横切功能，PLC【浮点运算】的算法是必不可少的关键，中达电通V5.8版的PLC软件具备了强有力的浮点运算的功能，在进行浮点运算，只要先把资料变成十进位浮点数，然后再把十进位浮点数转化为二进位浮点数，如此即可完成二进位浮点数运算的功能。程序中还需应用了PLC许多功能如 : 高速计数中断、外部中断、计时器中断、指针寄存器、高速脉冲输出等，都是此控制理论必不可少的功能。

接着我们就拿轮刀的上刀为例，与各位分享案例的精髓：


切刀的动作如上图所示分为三个区域，同步区是切刀切断纸板的区域，必须保证与纸板同速，这样才能保证切刀既不会撕纸也不会堵纸，切口才会齐整，才会切出合格的产品；高速返回区的速度由纸板速度和切纸长度以及轮刀周长计算得到；减速区的速度要固定，以确保停刀位置的一致性。三个区域的大小要依据机械的具体情况确定，在程序设计中还要考虑速度波动时带来的影响，精确控制刀的位置，这样才能减小误差，达到最佳的效果。

5.结论
本系统以中、低速瓦楞纸生产线为主要的销售市场，不论是旧设备改造还是新设备配套，对横切机的需求量都很大，再加上中达电通在系统整合方面的特点 (采用了台达DVP-EH PLC、台达VFD-V变频器、编码器及台达DOP-A人机界面 )，使该系统又具备了很好的性价比，因此具有广阔的市场前景。