科威智能伺服在壁紙機(jī)上的應(yīng)用

1.項(xiàng)目介紹

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

壁紙印刷機(jī)主要功能是將由多個(gè)單卷（單卷長(zhǎng)度大約10m）成品壁紙連接在一起形成的一大卷壁紙，通過(guò)切刀、印刷兩部分部分最終形成固定長(zhǎng)度上帶有印刷內(nèi)容的單張壁紙，后期通過(guò)處理制作成壁紙樣品宣傳冊(cè)。系統(tǒng)主要由以下兩部部分構(gòu)成：

切刀：將壁紙切成定長(zhǎng)的單張；

印刷：切完后的單張壁紙印刷上所需的圖案文字；

1.2系統(tǒng)要求

系統(tǒng)的整體要求主要體現(xiàn)在效率和精準(zhǔn)度上，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）切紙和印刷速度要達(dá)到80張/分；

（2）切紙精度在1mm左右；

（3）印刷精度在5mm內(nèi)；

（4）色標(biāo)（膠帶）紙張切色標(biāo)尾端，確保不能夠切到色標(biāo)上。

2.實(shí)施方案

2.1控制方案

整個(gè)系統(tǒng)的起始點(diǎn)在于切刀，切刀的頻率決定拉紙伺服進(jìn)紙的速度，決定送紙的頻率，決定印刷的速度。整個(gè)系統(tǒng)的控制架構(gòu)框圖如下圖1.

圖1 系統(tǒng)控制架構(gòu)圖

切刀電機(jī)通過(guò)變頻器控制，使用模擬量拓展模塊給定變頻器運(yùn)行頻率，切刀頻率是整個(gè)系統(tǒng)速度的指揮棒，決定著印刷速度。

拉紙伺服通過(guò)編碼器來(lái)跟隨切刀，切刀一個(gè)周期拉紙伺服向前進(jìn)紙等于設(shè)定的紙張長(zhǎng)度。

送紙伺服電機(jī)使用智能伺服來(lái)控制，智能伺服需要處理兩部分的內(nèi)容，一方面是每次固定長(zhǎng)度的紙張，一方面是當(dāng)紙張上有色標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，處理異常紙張。色標(biāo)信號(hào)通過(guò)電眼檢測(cè)。正常情況時(shí)（沒(méi)有色標(biāo)），當(dāng)切刀在某一位置時(shí)（通過(guò)安裝在切刀電機(jī)軸上的霍爾開(kāi)關(guān)檢測(cè)），智能伺服啟動(dòng)內(nèi)部提前規(guī)劃好的曲線，向前送一設(shè)定長(zhǎng)度的紙張，然后等待下一個(gè)送紙啟動(dòng)信號(hào)的來(lái)臨，在向前送紙的過(guò)程中，智能伺服會(huì)檢測(cè)色標(biāo)信號(hào)，如果碰見(jiàn)色標(biāo)信號(hào)，會(huì)自動(dòng)規(guī)劃好異常紙張的曲線并且等待色標(biāo)紙張?zhí)幚硇盘?hào)來(lái)時(shí)處理。

印刷部分控制印刷棍的電機(jī)通過(guò)編碼器跟隨切刀，同切刀保持同步，保證切刀一個(gè)周期，印刷棍旋轉(zhuǎn)兩周，印刷棍旋轉(zhuǎn)兩周印刷一張紙。

2.2控制實(shí)現(xiàn)

軟件的載體平臺(tái)為公司自主研發(fā)的LP1-24M16R型PLC控制器和MPS-I型智能伺服。

LP1-24M16R型PLC用來(lái)處理控制系統(tǒng)的邏輯部分，采用公司的專(zhuān)用梯形圖視窗，可以根據(jù)用戶的需求方便及時(shí)的增加減和修改功能。模擬量拓展EX-2AD2DA型PLC模塊輸出一定的電壓控制變頻的頻率從而控制切刀電機(jī)的運(yùn)行。

拉紙伺服和印刷輥伺服通過(guò)編碼器跟隨切刀電機(jī)。印刷輥電機(jī)控制印刷輥旋轉(zhuǎn)的位置同切刀的位置保持同步，起始點(diǎn)通過(guò)機(jī)械調(diào)整，對(duì)齊起始點(diǎn)后，印刷輥伺服通過(guò)編碼器跟隨切刀電機(jī)。拉紙伺服通過(guò)編碼器跟隨切刀電機(jī)，保證切刀每個(gè)周期內(nèi)拉紙伺服電機(jī)向前進(jìn)紙的長(zhǎng)度稍大于預(yù)設(shè)值，拉紙的速度和送紙的速度是不一致的，一般送紙速度要大于拉紙的速度，但是在切刀的一個(gè)周期內(nèi)拉紙長(zhǎng)度同送紙長(zhǎng)度是一致的，在送紙同拉紙的中間有一個(gè)彈簧張力桿來(lái)存儲(chǔ)一部分紙張，一方面來(lái)保證紙的張力，使紙一值處于平整狀態(tài)，另一方面避免送紙時(shí)拉紙還來(lái)不及時(shí)導(dǎo)致紙張斷裂。碰見(jiàn)色標(biāo)時(shí)，在送紙伺服處理色標(biāo)紙張周期內(nèi)，拉紙的動(dòng)作是不會(huì)改變的，拉紙長(zhǎng)度依舊固定不變，這樣會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題，彈簧張力桿部分的紙張變多，當(dāng)色標(biāo)紙張小于設(shè)定紙長(zhǎng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致紙張接觸到地面，第二個(gè)問(wèn)題彈簧張力桿部分的紙張變少，當(dāng)色標(biāo)紙張大于設(shè)定紙長(zhǎng)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致紙張斷裂。針對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，在彈簧張力桿的下部安裝一個(gè)對(duì)射電眼，當(dāng)紙張下垂到這個(gè)位置時(shí)，電眼信號(hào)延遲一段時(shí)間做出反映使拉紙伺服停止工作一段時(shí)間，使拉紙長(zhǎng)度減少。第二個(gè)問(wèn)題，由于提前存儲(chǔ)了一定長(zhǎng)度的紙張，并且每個(gè)周期拉紙的長(zhǎng)度稍大于送紙的長(zhǎng)度，這樣，即使每次色標(biāo)紙張長(zhǎng)度都大于正常紙張時(shí)，被色標(biāo)紙張多帶走的部分紙張長(zhǎng)度，會(huì)在多個(gè)切刀周期內(nèi)通過(guò)拉紙部分補(bǔ)償回來(lái)，補(bǔ)償紙張多了，可以通過(guò)問(wèn)題一的解決方法減少補(bǔ)償。

MPS-I型智能伺服用來(lái)規(guī)劃送紙電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。智能伺服位置環(huán)內(nèi)給定工作方式，通過(guò)公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用智能伺服軟件視窗以及專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)指令可以直接控制電機(jī)的工作，這樣我們?cè)谔菪螆D中可以提前規(guī)劃好伺服電機(jī)的動(dòng)作時(shí)序，當(dāng)需要控制電機(jī)運(yùn)行時(shí)，只需要給伺服一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，智能伺服就可以按照規(guī)劃的方式控制電機(jī)的運(yùn)行。這一方式用來(lái)規(guī)劃壁紙印刷機(jī)切定長(zhǎng)的紙張，可靠性好，控制精度高。在伺服的運(yùn)行過(guò)程中，伺服具有外部事件中斷捕獲功能，對(duì)處理色標(biāo)的信號(hào)尤為方便，當(dāng)外部有色表信號(hào)來(lái)時(shí)，智能伺服可以重新規(guī)劃伺服電機(jī)的動(dòng)作時(shí)序，這可以保證色標(biāo)紙張的正常處理。

智能伺服運(yùn)動(dòng)規(guī)劃：

a.工作模式：位置環(huán)內(nèi)給定；

b.無(wú)色標(biāo)：以最快速度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)送長(zhǎng)度為L(zhǎng)（300mm—650mm）的紙長(zhǎng)；

c.有色標(biāo)：伺服下一次需要走的長(zhǎng)度計(jì)算如下

設(shè)電眼距離刀的距離為M，色標(biāo)下降沿時(shí)伺服已走的長(zhǎng)度為C，那么伺服處理掉當(dāng)前的色標(biāo)行為如下：

當(dāng)M-L+C-D<L時(shí)，即當(dāng)前需要送去切的紙張長(zhǎng)度不夠一個(gè)紙子L的長(zhǎng)度，需要將這段長(zhǎng)度為M-L+C的紙張和色標(biāo)的寬度D以及色標(biāo)尾端搭邊d處理掉，伺服送紙長(zhǎng)度為M-L+C+D+d;

當(dāng)M-L+C-D>L時(shí)，即當(dāng)前需要送去切的紙張長(zhǎng)度大于一個(gè)紙子L的長(zhǎng)度:

1、當(dāng)下次送紙長(zhǎng)度在1L~2L之間

色標(biāo)下降沿來(lái)臨時(shí)給D6002賦初始值0，本次紙張送完后，D6002=1；伺服再正常送完一張紙后，D6002=2，此時(shí)切換到色標(biāo)送紙，下一次處理掉色標(biāo)紙張，長(zhǎng)度為M-2L+C+d；

2、當(dāng)下次送紙長(zhǎng)度在2L~3L之間

色標(biāo)下降沿來(lái)臨時(shí)給D6002賦初始值-1，本次紙張送完后，D6002=0；伺服再正常送完2張紙后，D6002=2，此時(shí)切換到色標(biāo)送紙，下一次處理掉色標(biāo)紙張，長(zhǎng)度為M-3L+C+d；

3、當(dāng)下次送紙長(zhǎng)度在3L~4L之間

色標(biāo)下降沿來(lái)臨時(shí)給D6002賦初始值-2，本次紙張送完后，D6002=-1；伺服再正常送完3張紙后，D6002=2，此時(shí)切換到色標(biāo)送紙，下一次處理掉色標(biāo)紙張，長(zhǎng)度為M-4L+C+d；

圖2 色標(biāo)處理示意圖

3.項(xiàng)目總結(jié)

3.1系統(tǒng)特點(diǎn)

目前，使用我們的控制方案，在客戶現(xiàn)場(chǎng)有三臺(tái)機(jī)器已經(jīng)正常工作五個(gè)月，我們的控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

a.控制器以及控制軟件由我公司自主研發(fā)，使用方便，性價(jià)比優(yōu)異；

b.系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，可以方便及時(shí)的修改運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)容，增減功能；

c.同機(jī)械廠家合作開(kāi)發(fā)新機(jī)型，切紙和印刷功能結(jié)合在一起，節(jié)省中間人工；

d.控制可靠，能夠同大多數(shù)的人機(jī)界面配套使用，可以通過(guò)畫(huà)面精準(zhǔn)定位系統(tǒng)故障。

3.2產(chǎn)品特點(diǎn)

a.控制器功能強(qiáng)大，運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)潔；

b.專(zhuān)用智能伺服軟件視窗以及專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)指令可以直接控制電機(jī)的工作

c.伺服具有外部事件中斷捕獲功能，對(duì)處理色標(biāo)的信號(hào)尤為方便，當(dāng)外部有色表信號(hào)來(lái)時(shí)，智能伺服可以重新規(guī)劃伺服電機(jī)的動(dòng)作時(shí)序，這可以保證色標(biāo)紙張的正常處理。

d.精度高，切紙誤差在1mm；