KEWEI智能伺服在壁纸印刷机控制系统中的应用

一、项目介绍

1.1系统结构

　　壁纸印刷机主要功能是将由多个单卷（单卷长度大约10m）成品壁纸连接在一起形成的一大卷壁纸，通过切刀、印刷两部分部分最终形成固定长度上带有印刷内容的单张壁纸，后期通过处理制作成壁纸样品宣传册。系统主要由以下两部部分构成：

切刀：将壁纸切成定长的单张；

印刷：切完后的单张壁纸印刷上所需的图案文字；

1.2系统要求

系统的整体要求主要体现在效率和精准度上，具体表现在如下几个方面：

（1）切纸和印刷速度要达到80张/分；

（2）切纸精度在1mm左右；

（3）印刷精度在5mm内；

（4）色标（胶带）纸张切色标尾端，确保不能够切到色标上。

二、实施方案

2.1控制方案

　　整个系统的起始点在于切刀，切刀的频率决定拉纸伺服进纸的速度，决定送纸的频率，决定印刷的速度。整个系统的控制架构框图如下图1.

图1 系统控制架构图

　　切刀电机通过变频器控制，使用模拟量拓展模块给定变频器运行频率，切刀频率是整个系统速度的指挥棒，决定着印刷速度。

　　拉纸伺服通过编码器来跟随切刀，切刀一个周期拉纸伺服向前进纸等于设定的纸张长度。

　　送纸伺服电机使用智能伺服来控制，智能伺服需要处理两部分的内容，一方面是每次固定长度的纸张，一方面是当纸张上有色标出现时，处理异常纸张。色标信号通过电眼检测。正常情况时（没有色标），当切刀在某一位置时（通过安装在切刀电机轴上的霍尔开关检测），智能伺服启动内部提前规划好的曲线，向前送一设定长度的纸张，然后等待下一个送纸启动信号的来临，在向前送纸的过程中，智能伺服会检测色标信号，如果碰见色标信号，会自动规划好异常纸张的曲线并且等待色标纸张处理信号来时处理。

　　印刷部分控制印刷棍的电机通过编码器跟随切刀，同切刀保持同步，保证切刀一个周期，印刷棍旋转两周，印刷棍旋转两周印刷一张纸。

2.2控制实现

　　软件的载体平台为公司自主研发的LP1-24M16R型PLC控制器和MPS-I型智能伺服。

　　LP1-24M16R型PLC用来处理控制系统的逻辑部分，采用公司的专用梯形图视窗，可以根据用户的需求方便及时的增加减和修改功能。模拟量拓展EX-2AD2DA型PLC模块输出一定的电压控制变频的频率从而控制切刀电机的运行。

　　拉纸伺服和印刷辊伺服通过编码器跟随切刀电机。印刷辊电机控制印刷辊旋转的位置同切刀的位置保持同步，起始点通过机械调整，对齐起始点后，印刷辊伺服通过编码器跟随切刀电机。拉纸伺服通过编码器跟随切刀电机，保证切刀每个周期内拉纸伺服电机向前进纸的长度稍大于预设值，拉纸的速度和送纸的速度是不一致的，一般送纸速度要大于拉纸的速度，但是在切刀的一个周期内拉纸长度同送纸长度是一致的，在送纸同拉纸的中间有一个弹簧张力杆来存储一部分纸张，一方面来保证纸的张力，使纸一值处于平整状态，另一方面避免送纸时拉纸还来不及时导致纸张断裂。碰见色标时，在送纸伺服处理色标纸张周期内，拉纸的动作是不会改变的，拉纸长度依旧固定不变，这样会导致两个问题，第一个问题，弹簧张力杆部分的纸张变多，当色标纸张小于设定纸长时，可能会导致纸张接触到地面，第二个问题弹簧张力杆部分的纸张变少，当色标纸张大于设定纸长时，可能会导致纸张断裂。针对第一个问题，在弹簧张力杆的下部安装一个对射电眼，当纸张下垂到这个位置时，电眼信号延迟一段时间做出反映使拉纸伺服停止工作一段时间，使拉纸长度减少。第二个问题，由于提前存储了一定长度的纸张，并且每个周期拉纸的长度稍大于送纸的长度，这样，即使每次色标纸张长度都大于正常纸张时，被色标纸张多带走的部分纸张长度，会在多个切刀周期内通过拉纸部分补偿回来，补偿纸张多了，可以通过问题一的解决方法减少补偿。

　　MPS-I型智能伺服用来规划送纸电机的运动。智能伺服位置环内给定工作方式，通过公司开发的专用智能伺服软件视窗以及专用运动指令可以直接控制电机的工作，这样我们在梯形图中可以提前规划好伺服电机的动作时序，当需要控制电机运行时，只需要给伺服一个启动信号，智能伺服就可以按照规划的方式控制电机的运行。这一方式用来规划壁纸印刷机切定长的纸张，可靠性好，控制精度高。在伺服的运行过程中，伺服具有外部事件中断捕获功能，对处理色标的信号尤为方便，当外部有色表信号来时，智能伺服可以重新规划伺服电机的动作时序，这可以保证色标纸张的正常处理。

智能伺服运动规划：

a.工作模式：位置环内给定；

b.无色标：以最快速度在规定时间内送长度为L（300mm—650mm）的纸长；

c.有色标：伺服下一次需要走的长度计算如下。

设电眼距离刀的距离为M，色标下降沿时伺服已走的长度为C，那么伺服处理掉当前的色标行为如下：

当M-L+C-D

当M-L+C-D>L时，即当前需要送去切的纸张长度大于一个纸子L的长度：

(1)当下次送纸长度在1L~2L之间

　　色标下降沿来临时给D6002赋初始值0，本次纸张送完后，D6002=1；伺服再正常送完一张纸后，D6002=2，此时切换到色标送纸，下一次处理掉色标纸张，长度为M-2L+C+d。

(2)当下次送纸长度在2L~3L之间

　　色标下降沿来临时给D6002赋初始值-1，本次纸张送完后，D6002=0；伺服再正常送完2张纸后，D6002=2，此时切换到色标送纸，下一次处理掉色标纸张，长度为M-3L+C+d。

(3)当下次送纸长度在3L~4L之间

　　色标下降沿来临时给D6002赋初始值-2，本次纸张送完后，D6002=-1；伺服再正常送完3张纸后，D6002=2，此时切换到色标送纸，下一次处理掉色标纸张，长度为M-4L+C+d。

图2 色标处理示意图

三、项目总结

3.1系统特点

(1)控制器以及控制软件由我公司自主研发，使用方便，性价比优异。

(2)系统灵活性强，可以方便及时的修改运动控制内容，增减功能。

(3)同机械厂家合作开发新机型，切纸和印刷功能结合在一起，节省中间人工。

(4)控制可靠，能够同大多数的人机界面配套使用，可以通过画面精准定位系统故障。

3.2产品特点

(1)控制器功能强大，运动控制实现起来简洁。

(2)专用智能伺服软件视窗以及专用运动指令可以直接控制电机的工作。

(3)伺服具有外部事件中断捕获功能，对处理色标的信号尤为方便，当外部有色标信号来时，智能伺服可以重新规划伺服电机的动作时序，这可以保证色标纸张的正常处理。

(4)精高，切纸误差在1mm。