分切機(jī)的控制技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

孟友彬 廖界豐

（海鹽吉龍機(jī)械股份有限公司，浙江嘉興 314312）

分切機(jī)是印刷行業(yè)應(yīng)用的重要裝置，主要完成紙張的分切控制，不同的紙張分切機(jī)適用于不同的紙張生產(chǎn)情況。例如，某些紙張分切機(jī)適用于牛皮紙以及干膠紙的紙張切割。在現(xiàn)代印刷制造工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于印刷制造的生產(chǎn)效率十分重視，所以分切機(jī)開(kāi)始朝自動(dòng)化控制方向發(fā)展，利用現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)能夠有效提升紙張分類(lèi)切割機(jī)的工作效果。另外，在自動(dòng)化技術(shù)不斷更新發(fā)展的大背景下，相關(guān)專(zhuān)家也提出了對(duì)分切機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究的思路，設(shè)計(jì)應(yīng)用紙張分類(lèi)分切機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提升分切機(jī)的工作精度和工作效率。

1.紙張分切機(jī)簡(jiǎn)要分析

紙張分切機(jī)是現(xiàn)代印刷行業(yè)中應(yīng)用的關(guān)鍵裝置，對(duì)于印刷工業(yè)生產(chǎn)有重要的作用。在紙張分切機(jī)應(yīng)用的過(guò)程中，其主要的功能是將寬幅卷筒紙張分切為寬度不等，直徑不等的紙張，從而滿(mǎn)足印刷生產(chǎn)對(duì)紙張規(guī)格的不同需求[1]。

紙張分切機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中，是依靠各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)生產(chǎn)而完成各項(xiàng)工作，主要包括機(jī)架傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、放卷結(jié)構(gòu)、收料結(jié)構(gòu)、張力裝置、牽引結(jié)構(gòu)、分切刀架、廢料收卷與排放等組成，不同的結(jié)構(gòu)具有不同的功能，最重要的裝置就是控制系統(tǒng)。為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需求，紙張分切機(jī)開(kāi)始應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或自動(dòng)化控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是發(fā)送指令的核心結(jié)構(gòu)，控制著整個(gè)裝置的生產(chǎn)。在裝置的應(yīng)用過(guò)程中，紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送指令，將原材料固定在放料軸上，放料軸的一端裝有電機(jī)張力控制器來(lái)恒定原材料所需的張力，經(jīng)過(guò)一對(duì)橡膠輥來(lái)牽引原材料，經(jīng)刀片切割成若干條，再經(jīng)過(guò)各導(dǎo)輥導(dǎo)引至A、B收卷軸進(jìn)行收卷成品。它的傳動(dòng)由主電機(jī)帶動(dòng)牽引輥及收料軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)而達(dá)到牽引走料及成品收料的目的。

紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用后，紙張分切機(jī)系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行分切完成工作并且系統(tǒng)的工作精度也得到了優(yōu)化調(diào)整，通過(guò)參數(shù)的綜合精度管控才能夠提升分切機(jī)的應(yīng)用效果。所以，在現(xiàn)代紙張分類(lèi)分切機(jī)研究過(guò)程中，針對(duì)分切機(jī)的控制技術(shù)和系統(tǒng)研究是整個(gè)分切機(jī)應(yīng)用研究的關(guān)鍵方向[2]。

2.紙張分切機(jī)控制技術(shù)探討

紙張分切機(jī)控制技術(shù)是紙張分切機(jī)裝置使用過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用是整個(gè)分切機(jī)運(yùn)行管理的核心。而在實(shí)際的分切機(jī)優(yōu)化研究過(guò)程中，針對(duì)控制技術(shù)進(jìn)行深入研究也是技術(shù)優(yōu)化的突破口。以下是本文對(duì)分切機(jī)控制技術(shù)的全面研究。

（1）現(xiàn)代紙張分切機(jī)控制技術(shù)的核心是PLC。PLC是邏輯編程控制器，是一種微型計(jì)算程序控制模塊，具有自動(dòng)控制、邏輯編程、數(shù)據(jù)信號(hào)接收和發(fā)送等多種功能。PLC技術(shù)是現(xiàn)代電氣自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用的核心技術(shù)，對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用起到關(guān)鍵的作用。在紙張分切機(jī)控制技術(shù)中，PLC自動(dòng)化控制技術(shù)能夠有效地控制技術(shù)應(yīng)用效果。在整體的控制過(guò)程中，PLC技術(shù)能夠按照控制需求設(shè)置各種控制流程，其中包括分切機(jī)啟動(dòng)控制流程、分切機(jī)停止控制流程、分切機(jī)參數(shù)變化控制流程以及分切機(jī)的運(yùn)行更改設(shè)計(jì)流程等相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)對(duì)分切機(jī)的流程控制保證分切機(jī)的應(yīng)用效果。所以，從自動(dòng)控制原理角度而言，分切機(jī)的PLC控制技術(shù)才是整個(gè)裝置的核心控制模塊。

（2）分切機(jī)控制技術(shù)研究過(guò)程中，需要做好運(yùn)行動(dòng)力的絕對(duì)控制，在整個(gè)分切機(jī)運(yùn)行中，分切機(jī)運(yùn)行主要包括直接控制技術(shù)、間接控制技術(shù)兩個(gè)方面[3]。首先，直接控制技術(shù)應(yīng)用具體是指在分切機(jī)裝置運(yùn)行時(shí)，采用張力傳感器對(duì)分切機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行直接獲取，并且利用張力數(shù)據(jù)為參考，直接完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的直接控制。其次，分切機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，包括間接控制技術(shù)應(yīng)用，在間接控制過(guò)程中，不采用傳感器作為中間裝置，而是對(duì)分切機(jī)不穩(wěn)定影響因素進(jìn)行控制，在分切機(jī)的總體控制過(guò)程中，需要落實(shí)好分切機(jī)的全面不穩(wěn)定控制，最終控制分切機(jī)的應(yīng)用效果。在整體分切機(jī)的運(yùn)行控制時(shí)，需要綜合管控分切機(jī)的運(yùn)行效果。同時(shí)，間接控制技術(shù)應(yīng)用也是通過(guò)分切機(jī)的運(yùn)行差值控制，完成各項(xiàng)運(yùn)行分析控制。

3.紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)紙張分切機(jī)系統(tǒng)以及控制技術(shù)全面分析發(fā)現(xiàn)，紙張分類(lèi)分切機(jī)的控制技術(shù)主要是依靠PLC技術(shù)進(jìn)行核心控制。所以，在現(xiàn)代紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以PLC技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，能夠良好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制模塊，保證自動(dòng)化控制質(zhì)量。在分切機(jī)控制應(yīng)用中，還可以嚴(yán)格落實(shí)好各項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。在整體進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要以PLC技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下是本文提出的一種紙張分類(lèi)分切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在PLC分切機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，完成分切機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，能為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。在本文進(jìn)行設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由傳輸結(jié)構(gòu)、伺服驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、回旋切割結(jié)構(gòu)、觸摸屏結(jié)構(gòu)、PLC定位結(jié)構(gòu)，以及變頻裝置結(jié)構(gòu)等組成。

（1）傳輸結(jié)構(gòu)的主要功能就是完成紙張的運(yùn)送，了解傳輸結(jié)構(gòu)，才能夠保證紙張運(yùn)送良好，為后續(xù)的工作做好準(zhǔn)備。

（2）伺服驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要是負(fù)責(zé)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力生成，刀具的回旋等都由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力。

（3）觸摸屏模塊。觸摸屏模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的操作，人機(jī)交互，系統(tǒng)參數(shù)更改等，

（4）PLC定位模塊也是系統(tǒng)的核心模塊，在整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，各模塊的核心設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，在整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，PLC不僅具有定位功能，還具有核心指令發(fā)送功能。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

在PLC分切機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，完成對(duì)分切機(jī)的硬件設(shè)計(jì)非常重要，對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能有非常關(guān)鍵的作用。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)十分重要。以下是對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

（1）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，包括對(duì)PLC裝置的核心硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)硬件設(shè)計(jì)提升設(shè)計(jì)效果。在整個(gè)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合管控。在本次PLC設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇（西門(mén)子S7-1200）可編程邏輯控制技術(shù)，并且在整個(gè)PLC設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加了一個(gè)公用CPU模塊、設(shè)置了硬件電源模塊，同時(shí)采用16點(diǎn)數(shù)字量輸出技術(shù)和8點(diǎn)的數(shù)字量輸入和輸出模塊，完成各項(xiàng)信號(hào)采集工作，確保系統(tǒng)應(yīng)用良好。后期數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)應(yīng)用ARM架構(gòu)的32微處理器，在該處理器的接口設(shè)計(jì)應(yīng)用中，320X240以及STNLCD顯示屏接口，同時(shí)也設(shè)計(jì)無(wú)線(xiàn)模塊接口，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊設(shè)計(jì)。另外，在整個(gè)模塊設(shè)計(jì)中，儀器選擇3個(gè)16位定時(shí)器、16位PWM波輸出、設(shè)計(jì)了27-5.25V 3V低能耗的電源裝置。PLC的硬件設(shè)計(jì)主要選擇FLASH儲(chǔ)存器以及SDRAM儲(chǔ)存器等模塊，兩個(gè)不同的儲(chǔ)存器模塊，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存設(shè)計(jì)。

（2）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，包括張力傳感裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用。在整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且在整體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選擇應(yīng)用LX—030TD型張力傳感器。

（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)變頻裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。應(yīng)用A-352型號(hào)的變頻調(diào)速裝置，在該裝置的應(yīng)用過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)0m/min～500m/min的變頻調(diào)速。該變頻調(diào)速裝置的變頻調(diào)速區(qū)間比較大，變頻調(diào)速控制效果也比較合理，具有良好的穩(wěn)定性，保證了變頻調(diào)速質(zhì)量[2]。

3.3 系統(tǒng)的張力控制設(shè)計(jì)應(yīng)用

在分切機(jī)軟件控制設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，張力的綜合控制設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，能夠提升張力設(shè)計(jì)效果，張力控制模式也是整個(gè)分切機(jī)軟件操作的重要環(huán)節(jié)。在這個(gè)張力進(jìn)行控制實(shí)施過(guò)程中，其軟件按照位置控制器、被控對(duì)象、張力模型構(gòu)建、擺渡控制、電位控制等多項(xiàng)流程進(jìn)行工作，在此工作模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)分切機(jī)的具體操作。在設(shè)計(jì)軟件流程時(shí)，針對(duì)整個(gè)軟件的流程進(jìn)行分析，首先放卷牽引部分設(shè)置了張力參數(shù)，在紙張進(jìn)入到系統(tǒng)后，根據(jù)傳感器了解到張力，并且通過(guò)系統(tǒng)的總體程序控制完成放卷電極的轉(zhuǎn)速調(diào)整，按照紙張的大小完成分切控制[4]。在本次系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，針對(duì)軟件流程進(jìn)行設(shè)計(jì)如下：

（1）軟件系統(tǒng)開(kāi)始工作。

（2）自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)工作。

（3）檢測(cè)撥叉指令。

（4）了解數(shù)據(jù)通信。

（5）給定緩沖儲(chǔ)存器、開(kāi)始配置繼電器裝置。

（6）開(kāi)始設(shè)置轉(zhuǎn)速分切指令。

（7）完成扭力計(jì)算分析。

（8）計(jì)算轉(zhuǎn)速。

（9）調(diào)整扭矩。

（10）構(gòu)建分切機(jī)復(fù)卷軸靜態(tài)動(dòng)力方程。

系統(tǒng)工作過(guò)程中按照上述工作流程開(kāi)展各項(xiàng)工作，確保分切機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用良好，提升應(yīng)用效果。

3.4 完成系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)

在本次PLC紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，ZTM-A紙張分切機(jī)地控制應(yīng)用十分關(guān)鍵，能夠提升分切控制效果，確保控制應(yīng)用合理。以下是對(duì)本次分切機(jī)的主要功能設(shè)計(jì)。

（1）分切機(jī)適合于分切不干膠紙、牛皮紙、水松紙、內(nèi)襯紙等各種紙張分切作業(yè)。

（2）整機(jī)由PLC集中控制（四電機(jī)）并采用觸摸屏人機(jī)界面對(duì)整機(jī)進(jìn)行集中操作。

（3）放卷采用電機(jī)，由PLC自動(dòng)計(jì)算卷徑實(shí)現(xiàn)恒張力控制。

（4）牽引控制由一臺(tái)矢量變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速度控制，并有效地隔斷收放卷張力之間的影響。

（5）收卷傳動(dòng)采用兩臺(tái)矢量變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由PLC自動(dòng)計(jì)算卷徑實(shí)現(xiàn)收卷張力錐度控制。

（6）放卷采用液壓式自動(dòng)上料裝置，適合無(wú)行車(chē)之車(chē)間，可節(jié)省人力及縮短上下料時(shí)間。上料方式有軸上料和無(wú)軸上料兩種選擇。

（7）EPC糾偏裝置可準(zhǔn)確控制端面精度，光電或液壓糾偏可選。

（8）系統(tǒng)具有啟動(dòng)緩沖、停車(chē)放松、計(jì)米定長(zhǎng)、定速、卷徑運(yùn)算等分切功能。

另外，以表1為本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)。

表1 分切機(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)分析

4.紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)探討

本次進(jìn)行紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)的全面設(shè)計(jì)，是為了驗(yàn)證本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。在本文研究過(guò)程中，針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了具體實(shí)驗(yàn)，并按照上述設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)備選型和還原，對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程中的張力進(jìn)行測(cè)試分析，分別測(cè)定不同調(diào)試狀態(tài)下的張力值，從而了解到系統(tǒng)張力運(yùn)行效果[5]。

（1）在本次實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)電氣比例閥100MPa下的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，其張力均值能夠達(dá)到2.7kg。

（2）在本次實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)電氣比例閥500MPa下的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，其張力均值能夠達(dá)到2.9kg。

（3）在本次實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)電氣比例閥1000MPa下的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，其張力均值能夠達(dá)到3.6kg。

（4）在本次實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)電氣比例閥1500MPa下的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，其張力均值能夠達(dá)到4.2kg。

通過(guò)張力值測(cè)定分切控制效果實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)具有良好的分切控制能力，證明了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性。

5.結(jié)語(yǔ)

本文全面研究了紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，希望通過(guò)本文的設(shè)計(jì)研究對(duì)紙張分切機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用有所幫助。