臺達自動化在全自動高速剪折機的應用

在分析剪折機嵌入式控制系統的基礎上，提出基于臺達機電自動化平臺的全自動剪折機解決方案。給出變頻器主驅電機轉數；PLC驅動步進電機脈沖頻率；步進電機變速定標等重要控制技術設計。
關鍵詞：商標 全自動 PLC

1 引言

剪折機是服裝、鞋類等行業的商標加工類設備。剪折機用于帶狀商標剪切和折燙成型加工，首先通過切刀對商標進行冷切或者熱切，然后經過模具對剪切完成的商標進行各種形狀的折燙，可以實現對商標的切片、兩邊折、對折、中間折等，實現帶狀商標加工。自動剪折機外觀如圖1所示。模具和各種剪折方式如圖2所示。

傳統的剪折機是以儀表顯示為主，采用單板機等嵌入式專用系統實現控制，商標長度通過機械調節。為了市場需求和自身發展要求，應用PLC和變頻器以及觸摸屏等通用電氣自動化平臺技術開發全自動化剪折機，是剪折機設備廠家的迫切需求。

圖1 自動剪折機外觀圖

圖2 模具和各種剪折方式

2 系統設計

2.1 系統分析

原剪折機是由電機帶動凸輪機構使送料機構送料、模具來回運動和切刀上下運動，一個行程完成送料、剪切和折燙等動作，電機速度、手自動啟停控制、狀態檢測和故障判斷則由單片機控制板控制，每次加工不同長度的商標之前，需要手動調整轉盤，從而設置出所需長短尺寸，用戶反應該電氣配置存在配件采購麻煩，控制板電氣保護差、維護困難的缺點，希望能通過電氣改造提高機器的性能和使用便利性。

2.2 臺達自動化平臺設計

根據機器的特點和用戶需求，項目設計基于臺達自動化體系平臺。選用臺達的SC系列PLC來替代控制板做為控制用，M變頻器進行電機控制，3.8吋觸摸屏取代面板按鈕；計數器，定長送料部分則由步進電機控制。

（1）PLC部分：選用臺達12SC11T主機，如圖3所示。

圖3 SC主機外觀圖

該主機是臺達S系列中偏向運動控制的一款，非常適合需要高速控制定位的場合，比如伺服位置控制，數控加工等，本機配置點數比較精簡，可以通過其強大的擴展功能輕易實現多點數，本項目中另外加16SP（DI 8點，DO8點）做為I/0擴展用。

（2）變頻器部分：選用臺達M系列015M21A型變頻器，如圖4所示。

圖4 臺達M系列變頻器

特點：

·輸出頻率0.1~400Hz
·可設定V/F以及矢量控制
·載波頻率可達15kHz
·支持MODBUS通訊
·內含PID反饋功能
·零速力矩保持功能

M系列臺達變頻器家族中的迷你高功能型，應用廣泛，本項目中主要利用其變頻和通訊功能，通過MODBUS通訊可以很方便地實現上位機對變頻器進行參數設定和讀取，從而實現對機器速度的準確實時監控。

（3）人機界面：選用臺達3.8吋AS3.8BSTD型觸摸屏，如圖5所示。

圖5 臺達AS觸摸屏

特點：

·8灰接藍白STN，256色
·解析度：320*240像素
·支持RS485/RS232/RS422通訊
·支持USB存儲、鼠標、打印

通過臺達人機可以方便地控制和監視，原按鈕和計數器功能都可以通過畫面實現，使控制箱面板更加簡潔，提高了產品的檔次，適應了市場需求。

3 控制系統設計

3.1 主驅電機

主機要求速度達到0~150切/分，送料長度控制在0.2mm精度，工作長度范圍在40mm-240mm。電機減速比設計為1：10，若要求達到200切/分，則當電機轉速：n=150*10=1500轉/分，要求輸出頻率為：f=n·p/60=1500·2/60=50Hz，速度要求滿足。

3.2 送料步進電機

送料長度由步進電機控制，要求控制精度為0.2mm，送料輥周長115mm，減速比1:2，設置步進驅動器細分數使每轉一圈對應脈沖數為600，送料輥每轉1圈電機需轉2圈，則每個脈沖對應送料長度為：L=115/2*600=0.096mm<0.2mm，滿足控制要求。

3.2 PLC高速脈沖輸出接口

送料長度范圍40mm~240mm，則要求每次發送脈沖數為416~2500。最大速度150切/分，每完成一次動作的最短時間為0.4秒，每次送料占用時間是總行程的1/2，則送料最短時間為0.2秒，由于加減速時間和找標的時間大致為0.1秒，所以要求脈沖發送頻率最高：2500/0.1=25000脈沖/秒，SC最高可以輸出頻率達到200kHz，SC系列PLC高速脈沖輸出接口完全滿足要求。

3.4 定標實現

帶狀商標上有位置色標，色標間隔反應了商標的長度。定標送料就是通過光學傳感器檢測色標位置，每次檢測到色標就停止送料，等待切刀完成剪切動作。由于步進電機的特點，當起始發送脈沖頻率過高則容易出現失步堵轉，因此需降低起始頻率，通過一個加速和減速過程，即以較低的速度起動，而后逐漸加速到某一速度運行，再逐漸減速直至停止。進行合理、平滑的加減速控制是保證步進驅動系統可靠、高效、精確運行的關鍵。

定標采用兩步走的方式，先按設定長度高速走一段定長，通過D1340設置加減速時間，離色標還有1~2mm的距離時開始低速找標，色標檢測到則產生一個中斷信號進PLC，在中斷程序中對M1334進行置位，使DDRVI的Y10立刻停止脈沖輸出，電機馬上停止。

3.5 PLC接口設計（表1）

表1 I/O接口定義

注：晶體管輸出信號經過繼電器轉接后控制外部電路。

4 結束語

經過全新電氣改造的自動剪折機，無論從產品外觀還是性能上都有了提高，經過上帶連續生產，證實了產品性能上完全達到了用戶的要求，由于采用了人機界面使得在操作便利上有了非常大的提高，雖然產品的控制點數不多，卻涵蓋了臺達從PLC、變頻器到人機界面幾大產品的應用，是臺達自動化產品和機械的又一次成功結合。