基于PC平臺的旋轉(zhuǎn)模切機(jī)參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計

黃曉偉

(福建工程學(xué)院，福州 350118)

基于PC平臺的旋轉(zhuǎn)模切機(jī)參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計

黃曉偉

(福建工程學(xué)院，福州 350118)

隨著旋轉(zhuǎn)模切設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)品類別的不斷增加，在使用過程中需要經(jīng)常性地調(diào)整各工作參數(shù)去適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。為此，基于PC平臺，采用Delphi可視化程序開發(fā)工具開發(fā)了3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)的參數(shù)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括參數(shù)檢測系統(tǒng)及通訊試驗數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)PC端與PLC數(shù)據(jù)的在線通訊，能方便、準(zhǔn)確、簡單地對3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)運(yùn)作過程的工作參數(shù)進(jìn)行檢測,為高效、優(yōu)質(zhì)的模切生產(chǎn)提供參數(shù)數(shù)據(jù)，同時為3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)實現(xiàn)各運(yùn)動部件同步控制的研究提供數(shù)據(jù)支撐。

模切機(jī)；數(shù)據(jù)采集；參數(shù)檢測

模切裝備目前已廣泛用于紡織、服裝、醫(yī)藥、包裝、手機(jī)/數(shù)碼產(chǎn)品附件、銅/鋁箔膜產(chǎn)品等許多行業(yè)[1-3]。模切設(shè)備在生產(chǎn)產(chǎn)品上的類別也越來越多，但是在使用過程中需要經(jīng)常性地調(diào)整各工作參數(shù)去適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)，而工作參數(shù)對模切機(jī)的模切成品質(zhì)量及自身運(yùn)行起著重要的作用，但當(dāng)前對模切過程參數(shù)的檢測還不夠成熟。

本文根據(jù)多工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)的運(yùn)作特點及現(xiàn)場條件，確定系統(tǒng)所需檢測的參數(shù)信息，開發(fā)了參數(shù)檢測系統(tǒng)，能對旋轉(zhuǎn)模切機(jī)運(yùn)作過程的工作參數(shù)進(jìn)行檢測，為高效、優(yōu)質(zhì)的模切生產(chǎn)提供參數(shù)數(shù)據(jù)。

1 參數(shù)檢測系統(tǒng)需求分析

1.1 旋轉(zhuǎn)模切機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)要求

模切速度：0～50 m/min；最大收卷直徑：450 mm；定位精度：±0.1 mm；電源電壓：380 V±10%；急停后定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，可恢復(fù)生產(chǎn)；各收放卷模塊可通過控制面板改變收放功能和進(jìn)行張力調(diào)節(jié)。

1.2 參數(shù)檢測系統(tǒng)的功能需求分析

參數(shù)檢測系統(tǒng)按照功能要求主要分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)讀取模塊。旋轉(zhuǎn)模切機(jī)通過采集模塊對運(yùn)行工作中各個需要研究的參數(shù)進(jìn)行檢測采集；數(shù)據(jù)通訊模塊通過串口通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲，完成系統(tǒng)實時監(jiān)測，實現(xiàn)PC端與旋轉(zhuǎn)模切機(jī)PLC數(shù)據(jù)端口的在線通訊；數(shù)據(jù)顯示模塊通過設(shè)計主界面與各工位參數(shù)顯示界面實時顯示采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲模塊存儲采集的參數(shù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)讀取與回放提供支持；數(shù)據(jù)讀取模塊通過讀取存儲數(shù)據(jù)回放試驗參數(shù)，再現(xiàn)試驗場景。

2 參數(shù)檢測系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 旋轉(zhuǎn)模切機(jī)的工作原理分析

本文以創(chuàng)口貼的3工位醫(yī)用旋轉(zhuǎn)模切機(jī)為例，分析工作過程原理，明確參數(shù)檢測系統(tǒng)的設(shè)計對保證模切精度的重要性，實現(xiàn)三工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)各電機(jī)的同步控制，確定所需檢測的參數(shù)。

三工位醫(yī)用旋轉(zhuǎn)模切機(jī)工作示意圖如圖1所示。通過伺服電機(jī)輸出動力傳遞至機(jī)械傳動系統(tǒng)，驅(qū)動每個零部件和輥刀進(jìn)行模切工作。工作原理是通過張緊裝置進(jìn)行張力的調(diào)節(jié)，利用伺服電機(jī)帶動同步帶輪轉(zhuǎn)動，通過同步帶輪帶動氣漲軸轉(zhuǎn)動，使氣漲芯軸上的材料連續(xù)旋轉(zhuǎn)。材料經(jīng)導(dǎo)料輥通過輥刀進(jìn)行壓合、半切、全切等工序，完成一個工作流程，實現(xiàn)從材料到成品的連續(xù)工作過程，保證模切產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2 參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計

為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)模切機(jī)各電機(jī)的同步控制，需檢測的相關(guān)參數(shù)包括材料線速度、儲料機(jī)構(gòu)的儲料開度、數(shù)字比例閥控制、材料的張力、材料完成產(chǎn)量及一些相關(guān)輸入量、輸出量的確定。通過滾輪編碼器確定材料的線速度，通過張力傳感器確定張力，通過色標(biāo)傳感器確定產(chǎn)量。繪制電氣系統(tǒng)框圖(如圖2所示)，1工位張力控制系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

3 參數(shù)檢測系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 開發(fā)工具的選用與介紹

本文基于PC平臺的3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計，為了能實時顯示旋轉(zhuǎn)模切機(jī)的各運(yùn)行參數(shù)，故而需選擇一款開發(fā)軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)顯示及人機(jī)工控界面的制作。本文選擇面向?qū)ο蟮目梢暬绦駾elphi作為開發(fā)軟件，該軟件具有大量的第三方組件，通用性好，開發(fā)效率高。串口通信采用TurboPower公司為Delphi可視化程序開發(fā)軟件提供的通信程序開發(fā)工具Apdcomport串口組件，應(yīng)用程序使用Apdcomport串口組件控制串口，所有端口的訪問均可以調(diào)用Apdcomport中事件觸發(fā)的方法，通過編寫響應(yīng)串行事件的代碼進(jìn)行端口與端口之間的通信[4]。

圖1 3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)工作示意圖Fig.1 Working diagram of the three-station rotary die cutting machine

圖2 電氣系統(tǒng)框圖Fig.2 Electrical system diagram

圖3 1工位張力控制系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of the one-station tension control system

3.2 參數(shù)檢測系統(tǒng)功能模塊

參數(shù)檢測系統(tǒng)功能模塊如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能Fig.4 Function diagram of the system

3.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

為了實現(xiàn)3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)各電機(jī)的同步控制，PLC需要實現(xiàn)模切運(yùn)作時的檢測功能，并通過PC發(fā)送采集命令。PLC向PC傳輸模切機(jī)運(yùn)行工作中各個需要研究的參數(shù)。現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)Table 1 Field data collection

3.2.2 數(shù)據(jù)通信模塊

采用 Delphi可視化程序開發(fā)軟件開發(fā)出基于PC平臺的相應(yīng)串口通訊功能和系統(tǒng)人機(jī)界面，完成系統(tǒng)實時監(jiān)測。實現(xiàn)PC端與PLC數(shù)據(jù)端口的在線通訊。數(shù)據(jù)通訊格式如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)通訊格式Table 2 Data communication format

本設(shè)計基于ApdComPort控件的串口通信設(shè)計，為實現(xiàn)參數(shù)檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信需預(yù)先設(shè)置ApdComPort控件的基本屬性，包括ComNumber屬性、Baud 屬性、Parity 屬性、DataBits屬性、StopBits屬性O(shè)pen 屬性等[4]。根據(jù)實際要求設(shè)置ApdComPort控件的所需基本屬性，并通過Apdcomport控件中TriggerAvail事件進(jìn)行對通信數(shù)據(jù)的處理，先將通信的數(shù)據(jù)存放到一個緩沖區(qū)，為后續(xù)操作做準(zhǔn)備。

3.2.3 數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析是需要對一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷分析，當(dāng)判斷1幀數(shù)據(jù)結(jié)束時，將1幀數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中讀取，并按數(shù)據(jù)通訊格式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，如圖5所示。

3.2.4 數(shù)據(jù)顯示模塊

采用Delphi可視化程序開發(fā)軟件，設(shè)計參數(shù)檢測系統(tǒng)的主界面與各工位參數(shù)顯示界面，通過數(shù)據(jù)分析提取出對應(yīng)的實際物理量實時顯示，如圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)分析模塊Fig.5 Data analysis module

圖6 數(shù)據(jù)顯示模塊Fig.6 Data display module

3.2.5 參數(shù)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)回放功能

參數(shù)檢測系統(tǒng)的回放模塊將參數(shù)檢測系統(tǒng)試驗已存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行重新導(dǎo)入并分析顯示，為后期對實驗數(shù)據(jù)或者實驗結(jié)論的驗證提供平臺，通過回放模塊的設(shè)計可以讓實驗人員對試驗時的不確定因素進(jìn)行重新觀察，也可以更詳細(xì)地分析某項參數(shù)的變化,對試驗結(jié)論的分析和數(shù)據(jù)處理具有巨大意義。數(shù)據(jù)回放功能模塊包括數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)讀取模塊。

1) 數(shù)據(jù)存儲模塊

回放模塊的實現(xiàn)需要進(jìn)行原始數(shù)據(jù)保存的工作，當(dāng)通過通訊口取得數(shù)據(jù)時，利用Delphi可視化程序開發(fā)軟件編寫存儲代碼，保存實驗數(shù)據(jù)。

2) 數(shù)據(jù)讀取模塊

當(dāng)需要進(jìn)行回放實驗讀取原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放。

4 參數(shù)檢測系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試的主要內(nèi)容是對參數(shù)檢測系統(tǒng)中的收放料電機(jī)轉(zhuǎn)速、材料輸送張力、材料的線速度、色標(biāo)產(chǎn)量進(jìn)行全面檢測測試，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。

在使用通訊模塊前，需要對PLC通訊模塊(QJ71C24N)進(jìn)行通訊協(xié)議和其他開關(guān)設(shè)置，才能正常使用其功能。需要進(jìn)行設(shè)置的內(nèi)容包括動作設(shè)置、數(shù)據(jù)位設(shè)置、奇偶校驗位設(shè)置、奇數(shù)/偶數(shù)校驗、停止位設(shè)置、校驗代碼、RUN中寫入、設(shè)置更改、通訊速度設(shè)置、通訊協(xié)議設(shè)置以及站號設(shè)置，圖7為串口開關(guān)設(shè)置。

圖7 串口開關(guān)設(shè)置Fig.7 Serial switch settings

PLC通訊模塊(QJ71C24N)設(shè)置完成后，對參數(shù)檢測系統(tǒng)所有功能進(jìn)行測試，完成對3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計對紙張線速度、儲料張力、儲料機(jī)構(gòu)的開度、收放料電機(jī)的轉(zhuǎn)速、色標(biāo)產(chǎn)量的檢測以及對通訊數(shù)據(jù)的處理分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)讀取功能。測試結(jié)果如圖8、圖9所示。測試結(jié)果能夠滿足需求分析要求，檢測系統(tǒng)通過測試。

圖8 人機(jī)工控主界面Fig.8 Operation interface of man-machine control

圖9 單個工位運(yùn)行界面Fig.9 Operation interface of a single station

5 結(jié)束語

本文基于PC平臺、采用Delphi可視化程序開發(fā)工具研究3工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)的PC參數(shù)檢測系統(tǒng)，包括參數(shù)檢測系統(tǒng)及通訊試驗數(shù)據(jù)的采集、實時監(jiān)測，實現(xiàn)了PC端與PLC數(shù)據(jù)的在線通訊和模切設(shè)備工藝參數(shù)的采集與回放，向試驗人員準(zhǔn)確地提供了模切機(jī)狀態(tài)信息，為高效、優(yōu)質(zhì)的模切生產(chǎn)提供參數(shù)，同時為多工位旋轉(zhuǎn)模切機(jī)實現(xiàn)各運(yùn)動部件同步控制的研究提供數(shù)據(jù)支撐。參數(shù)檢測系統(tǒng)能進(jìn)一步揭示模切線速度以實現(xiàn)糾偏控制，使模切精度等工藝參數(shù)更適用于對柔性材料的定形，掌握柔性材料成型規(guī)律。

[1] 孫冬明,趙世英,孫建華,等.我國模切機(jī)的技術(shù)分析及發(fā)展策略研究[J].科技信息,2014(5):41.

SUN Dongming,ZHAO Shiying,SUN Jianhua,et al.Technical Analysis and Development Strategy Research of China’s Die Cutting Machine[J].Science & Technology Information,2014(5):41.

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TANG Yun.Discussion on the Application and Development Trend of Die Cutting Technology[J].Science and Technology Innovation Herald,2014,11(21):86.

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CHEN Yangsheng,GUO Shangjie,YU Fucai.Die Cutting Machine for the Paper Mosquito Repellent Incense[P].China:ZL201310149103.X,2015.06.24.

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ZHANG Shiming.Delphi Programming Foundation[M].Beijing:Electronic Industry Press,2010.

(責(zé)任編輯 劉 舸)

Parameter Detection System Design of Rotary Die-cutting Machine Based on the PC Platform

HUANG Xiao-wei

(Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China)

Due to the diversified product categories, the working parameters of the rotary die-cutting equipment have to be adjusted constantly to fit in with different categories in its producing process. Based on the PC platform, this research develops the parameter detection system for rotary die-cutting machines of three working stations by Delphi 7.0 visualization program, including parameter detection system design, data collection and real-time monitoring of communication experiment, so as to realize online communication between PC terminal and PLC data, and to detect the working parameters more conveniently, accurately, and simply in the process of running these machines. This system provides parameter data for efficient and high-quality die-cutting production, and for supporting the researches to realize synchronic control of each moving part for such machines.

die-cutting machine; data collection; parameter detection

2016-07-18

國家自然科學(xué)基金資助項目(51575110)；福建省自然科學(xué)基金資助項目(2015J01181)；福建省發(fā)改委2014產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)合創(chuàng)新專項(FG20140514)

黃曉偉(1973—),男,福建晉江人,工程師, 主要從事自動控制技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究，E-mail: 448108909@qq.com。

黃曉偉.基于PC平臺的旋轉(zhuǎn)模切機(jī)參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2017(1):107-112.

format：HUANG Xiao-wei.Parameter Detection System Design of Rotary Die-cutting Machine Based on the PC Platform[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(1):107-112.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.01.017

TP274+.2

A

1674-8425(2017)01-0107-06