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貝加萊瓦楞紙前沿送紙機(jī)構(gòu)伺服控制系統(tǒng)

2014/6/13 19:36:01

1、系統(tǒng)開發(fā)起源

　　對于瓦楞紙開槽印刷機(jī)而言，前沿送紙機(jī)構(gòu)的送紙精度對于印刷質(zhì)量而言至關(guān)重要，傳統(tǒng)的送紙機(jī)構(gòu)均采用高精度機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行送紙的控制，這套機(jī)械凸輪價格上萬美元，并且需要經(jīng)常性的維護(hù)，由于磨損而會導(dǎo)致精度的降低，當(dāng)在不同長度的印刷時都需要機(jī)械的反復(fù)調(diào)校，耗費(fèi)時間，這使得它成為了系統(tǒng)的瓶頸。

　　在與國內(nèi)某知名廠商的交流過程中，貝加萊ACOPOS系列驅(qū)動器中內(nèi)置的電子凸輪(CAM)應(yīng)用得到了該廠商的濃厚興趣，在瓦楞紙橫切、電子產(chǎn)品分揀與測試、印刷套色控制等領(lǐng)域CAM技術(shù)都有著良好的應(yīng)用背景，這使得雙方探討在送紙機(jī)構(gòu)上采用電子凸輪來實(shí)現(xiàn)高精度送紙的可能性。

2、電子凸輪取代機(jī)械凸輪

　　兩臺伺服軸跟隨主軸（主軸信號由連接在接紙輥上的編碼器提供）做電子凸輪運(yùn)動完成送紙，一臺伺服帶動三組送紙輥，另一臺控制抬板按相位升降；要求每分鐘送紙速度最高250張/min；送紙精度要求在整個速度范圍內(nèi)0.5毫米之內(nèi)；

　　送紙機(jī)構(gòu)由一個5.7Power Panel控制與顯示集成的HMI進(jìn)行控制與操作，外部按鈕“單張送紙”、“連續(xù)送紙”、“停止送紙”、“加速”、“減速”等不用另外添加IO模塊，用伺服外部輸入Trigger1、Trigger2、reference等代替輸入即可。

　　編碼器連接在接紙輥上，而接紙輥與印刷(模切)輥比為XX：XX，實(shí)際工作中兩滾線速度相同，所以編碼器通過裝置保持與印刷輥(模切)相位1：1。因?yàn)橥饨泳幋a器相位始終與印刷(模切)輥保持一致，編碼器可以選用高精度單圈增量式編碼器，我們在實(shí)際項(xiàng)目中選用的是2500線增量式帶差分信號的編碼器；R相作為送紙啟動角度的參考點(diǎn)。

　　最大送紙速度250張/min（條件為紙寬小于1150mm，如果紙張寬度超過則隔張送紙）；每次送紙送紙輥伺服軸都會在編碼器一圈的固定相位中作一次加速、同步、減速的凸輪運(yùn)動，以寬度小于1150mm為例，送紙速度達(dá)到250張/min時，一秒鐘要進(jìn)行4.17次凸輪運(yùn)動；紙張寬度最小為320mm，最寬為1600mm。

　　伺服采用powerlink總線：考慮到高速控制的實(shí)時性，兩臺伺服軸的運(yùn)動狀態(tài)觸發(fā)及數(shù)據(jù)交換都具有高速實(shí)時性，確保了控制的高精度。

3、送紙過程時序控制

　　在接紙輥編碼器旋轉(zhuǎn)到設(shè)定相位時，抬板放下，使瓦楞紙與送紙輥充分接觸；然后啟動送紙輥電機(jī)，在如上圖所示的134mm的距離內(nèi)加速到接紙輥的線速度，進(jìn)入同步傳送；當(dāng)接紙輥編碼器轉(zhuǎn)到相應(yīng)相位時，抬板抬起，等到瓦楞紙與送紙輥充分脫離后，觸發(fā)送紙軸減速（在規(guī)定相位里減至0速），然后等待下一次送紙時機(jī)。

控制時序圖如下所示：

時序（1）（7）等待相位；

時序（2）抬板放下相位；

時序（3）送紙軸加速相位；

時序（4）（5）送紙軸同步相位；

時序（5）抬板抬起相位；

時序（6）送紙軸減速相位；

時序（7）（1）等待相位；

注：以上相位總和為360度，具體動作相位分配請?jiān)陧?xiàng)目實(shí)施中確定調(diào)整。

4、系統(tǒng)配置

　　該系統(tǒng)配置如下，B&R的Power Panel由于其設(shè)計(jì)為控制、顯示與操作于一體，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過在Power Panel后的通信卡連接驅(qū)動器，而且外接的編碼器可以直接插入到ACOPOS伺服驅(qū)動器。

5、系統(tǒng)特點(diǎn)

　　5.1電子凸輪計(jì)算速度更快

　　ACOPOS采用插入式模塊方式，可以直接將外接編碼器的主軸信號輸入，由驅(qū)動器內(nèi)部直接計(jì)算而無需像傳統(tǒng)的PLC需要反饋到PLC的高速計(jì)數(shù)模塊然后到運(yùn)動控制模塊再反饋給驅(qū)動器，因此，它可以完成非常高速的電子凸輪同步,對于ACOPOS而言其刷新速率在uS級。

　　5.2Ethernet POWERLINK技術(shù)

　　Ethernet POWERLINK是100Mbps的高速實(shí)時以太網(wǎng)技術(shù)，在這個應(yīng)用中，通過其直接交叉通信功能（Direct Cross-Traffic）,這項(xiàng)功能使得兩個ACOPOS之間直接進(jìn)行同步計(jì)算，而無需通過主控制器PLC來協(xié)調(diào)即可，這一機(jī)制使得軸與軸之間的通信傳輸過程大為簡化，從而提高了系統(tǒng)的刷新速度。

　　該系統(tǒng)目前已經(jīng)投入批量，送紙速度與精度均良好滿足預(yù)先設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求，而且相較以前的系統(tǒng)而言成本也得到了大幅度的下降。