1 引言
近些年紙箱包裝行業(yè)取得了飛速的發(fā)展，一般的中小企業(yè)以購(gòu)買(mǎi)紙板生產(chǎn)紙箱為主，產(chǎn)品較為單一，一般很少使用印刷開(kāi)槽機(jī)或者使用不帶開(kāi)槽的印刷機(jī)，開(kāi)槽部分通過(guò)鏈條推紙器方式一般采用人工單張送紙、開(kāi)槽，生成效率較低；而一般選用高速、高精度、全自動(dòng)印刷開(kāi)槽普通的紙箱印刷開(kāi)槽機(jī)紙箱規(guī)格都屬于中小規(guī)格紙箱，較大規(guī)格尺寸的全自動(dòng)紙箱開(kāi)槽機(jī)市場(chǎng)上鮮有應(yīng)用成熟的設(shè)備。
紙箱生成的一般工藝流程為：紙板生產(chǎn)→前緣送紙→印刷→壓線(xiàn)開(kāi)槽→粘箱或釘箱成型→打包，從其工藝流程上可以看出開(kāi)槽箱的流程較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)高效率；但是現(xiàn)在多數(shù)把這些流程分開(kāi)來(lái)做，沒(méi)有形成一條完整的流水生產(chǎn)線(xiàn)，限制了企業(yè)的生產(chǎn)能力，尤其在送紙印刷完畢以后到開(kāi)槽部分，流程的斷開(kāi)導(dǎo)致需要人工手動(dòng)重新進(jìn)行送紙、開(kāi)槽，一張大規(guī)格的紙板長(zhǎng)度為3m，需要4人完成送紙，造成了極大的人員浪費(fèi)。
本臺(tái)設(shè)備為全自動(dòng)印刷開(kāi)槽，即前緣送紙→自動(dòng)印刷→印刷完畢后送出，信號(hào)1檢測(cè)→伺服同步送紙→信號(hào)2檢測(cè)→伺服定位到開(kāi)槽點(diǎn)→開(kāi)槽→返回前緣送紙印刷；整套設(shè)備使用臺(tái)達(dá)DOPB07S415觸摸屏4臺(tái)、DVP48EH2主機(jī)2臺(tái)、DVP32EH2主機(jī)2臺(tái)、A2 7.5kW伺服2臺(tái)、B系列7.5kW變頻器4臺(tái)、DOPB07觸摸屏4臺(tái)。本套設(shè)備可以同時(shí)完成兩組開(kāi)槽，每組共有8組刀，可以根據(jù)設(shè)定槽距自行計(jì)算調(diào)整刀具。設(shè)備正常運(yùn)行可以達(dá)到120m/min，每分鐘近40張的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人工送紙開(kāi)槽的速度。
本系統(tǒng)采用A2伺服的凸輪功能，及時(shí)追蹤送紙速度并精確定位開(kāi)槽位置，本文著重闡述了印刷完畢后到開(kāi)槽部分的自動(dòng)控制。
2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)控制簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。
圖1 開(kāi)槽機(jī)控制示意圖
圖2 系統(tǒng)控制框圖
高速自動(dòng)印刷開(kāi)槽設(shè)備是典型的電子凸輪的應(yīng)用，要求在同步區(qū)類(lèi)從動(dòng)軸的線(xiàn)速度一定要等于主軸軸的線(xiàn)速度，這樣才能夠把紙板非常的平順的送給開(kāi)槽部。此處利用A2伺服內(nèi)建的電子凸輪功能完成此工藝的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)主軸編碼器作為命令來(lái)源控制從軸A2伺服，出紙?zhí)幧涎b有I點(diǎn)光電信號(hào)，做為初始位置調(diào)整，并且啟動(dòng)從動(dòng)軸的電子凸輪，通過(guò)觸摸屏對(duì)A2伺服的參數(shù)設(shè)置及PLC完成設(shè)備必要的的邏輯控制，高速自動(dòng)印刷開(kāi)槽設(shè)備的設(shè)計(jì)主要分為3部分：
（1）印刷出料檢測(cè)
印刷出料輥使用臺(tái)達(dá)B系列變頻器帶動(dòng)普通電機(jī)，電機(jī)軸外加編碼器，出料輥每轉(zhuǎn)一圈，編碼器輸出2500個(gè)脈沖；電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨前沿送紙速度，勻速將已經(jīng)印刷完畢紙箱送入開(kāi)槽設(shè)備處。通過(guò)1#光電傳感器檢測(cè)送紙情況，檢測(cè)到進(jìn)料后，啟動(dòng)開(kāi)槽伺服，啟動(dòng)電子凸輪，使兩臺(tái)開(kāi)槽伺服速度與印刷出料同步。
（2）開(kāi)槽進(jìn)紙檢測(cè)
通過(guò)2#光電傳感器檢測(cè)開(kāi)槽機(jī)進(jìn)紙情況，檢測(cè)進(jìn)料后，伺服再定位到開(kāi)槽位置，重復(fù)定位精度1mm。
（3）兩軸同步
1#開(kāi)槽伺服與2#開(kāi)槽伺服為同步工作，1#伺服接收印刷出料電機(jī)編碼器的脈沖后，使用Bypass方式輸出給2#伺服，達(dá)到雙軸同動(dòng)效果。
3 伺服控制系統(tǒng)設(shè)定
（1）軟件版本ASDA_Soft V4.05.01，第一步使用USB連接線(xiàn)將計(jì)算機(jī)與伺服控制器相連，進(jìn)行通訊設(shè)定，選擇On-Line，本設(shè)備使用的400V A2系列伺服，偵測(cè)完畢后確定進(jìn)入系統(tǒng)。
圖3 ASDA_Soft設(shè)置界面
（2）伺服工作模式為PR模式，需要在參數(shù)編輯器中設(shè)定伺服的工作模式、電子齒輪比等參數(shù)。
圖4 參數(shù)編輯器界面
（3）電子凸輪設(shè)定
1#光電傳感器上升沿觸發(fā)后凸輪軸電子凸輪嚙合啟動(dòng)，為了保證在要求的范圍內(nèi)能夠把紙板送到主動(dòng)軸，則把紙板前進(jìn)的距離分割為兩斷，在1段為加速凸輪軸使得凸輪軸的速度從V0(V0=0)達(dá)到V(主動(dòng)軸的速度)進(jìn)而做到和主動(dòng)軸同步把紙板送進(jìn)主動(dòng)軸。在1段控制凸輪軸加速，凸輪軸送紙板加速前進(jìn)量較小，2段為控制控制凸輪等速區(qū)。當(dāng)2#光電傳感器上升沿觸發(fā)后完成電子凸輪脫離，同時(shí)啟動(dòng)Pr定位到開(kāi)槽位置。
凸輪軸為同步帶傳動(dòng)，通過(guò)P1-44 及P1-45的分別設(shè)置為128、10，主動(dòng)編碼器為2500線(xiàn)AB差動(dòng)輸入，則主動(dòng)軸每旋轉(zhuǎn)一周給出10000個(gè)脈波（四倍頻后）：根據(jù)A2PC軟件提供的速度建表功能，規(guī)劃好加速區(qū)、等速區(qū)、減速區(qū)及停止區(qū)的比例，可以得到圖5的凸輪曲線(xiàn)。
圖5 凸輪曲線(xiàn)
曲線(xiàn)建立完畢后，通過(guò)P5-88選擇不同方式來(lái)啟動(dòng)電子凸輪，電子凸輪啟動(dòng)后自動(dòng)做周期性運(yùn)動(dòng)。通過(guò)PC軟件來(lái)設(shè)置電子凸輪的啟動(dòng)（見(jiàn)圖６），選擇命令來(lái)源為Pulse Cmd，嚙合時(shí)機(jī)為DI-CAMON，脫離時(shí)機(jī)為MASTER軸超出設(shè)定的位移ECRD(增量)P5-89脫離回到停止?fàn)顟B(tài)。
圖6 電子凸輪的啟動(dòng)設(shè)置
當(dāng)2#光電傳感器上升沿觸發(fā)后凸輪脫離，同時(shí)接著觸發(fā)Pr完成定位控制，為確保光電觸發(fā)的可靠及快速性，2#光電傳感器接在伺服DI7，DI7為A2伺服的CAPTURE，CAPTURE 內(nèi)定觸發(fā)點(diǎn)，不需要設(shè)定緩存器，當(dāng)CAPTURE 功能啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)生效，不需ON/OFF操作的點(diǎn)，不做實(shí)際配線(xiàn)。
圖7 路徑型式設(shè)置界面
通過(guò)PC軟件監(jiān)控馬達(dá)的速度線(xiàn)，可以看出從動(dòng)軸與主動(dòng)軸的追隨特性非常的好，即速度命令曲線(xiàn)與馬達(dá)即時(shí)速度曲線(xiàn)處于完全重疊的狀態(tài)，見(jiàn)下圖８，重復(fù)定位精度達(dá)到1mm。
圖8 速度命令曲線(xiàn)與即時(shí)速度曲線(xiàn)
4 結(jié)束語(yǔ)
電子凸輪取代傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪，控制簡(jiǎn)單，而目前多數(shù)自動(dòng)開(kāi)槽機(jī)都是使用復(fù)雜的機(jī)械齒輪做同步控制，機(jī)械成本高，在此臺(tái)達(dá)智能性的A2伺服憑借其高速的處理速度，在做主從同步追隨完全可以做到無(wú)軸傳動(dòng)，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，定位精度較高，可靠性較高，主從之間沒(méi)有相位的落后，控制系統(tǒng)智能、方便、快捷，深受客戶(hù)的好評(píng)。
