台达自动化在全自动高速剪折机的应用

台达自动化在全自动高速剪折机的应用

在分析剪折机嵌入式控制系统的基础上，提出基于台达机电自动化平台的全自动剪折机解决方案。给出变频器主驱电机转数；PLC驱动步进电机脉冲频率；步进电机变速定标等重要控制威廉希尔官方网站 设计。
关键词：商标 全自动 PLC

1 引言

剪折机是服装、鞋类等行业的商标加工类设备。剪折机用于带状商标剪切和折烫成型加工，首先通过切刀对商标进行冷切或者热切，然后经过模具对剪切完成的商标进行各种形状的折烫，可以实现对商标的切片、两边折、对折、中间折等，实现带状商标加工。自动剪折机外观如图1所示。模具和各种剪折方式如图2所示。

传统的剪折机是以仪表显示为主，采用单板机等嵌入式专用系统实现控制，商标长度通过机械调节。为了市场需求和自身发展要求，应用PLC和变频器以及触摸屏等通用电气自动化平台威廉希尔官方网站 开发全自动化剪折机，是剪折机设备厂家的迫切需求。

图1 自动剪折机外观图

图2 模具和各种剪折方式

2 系统设计

2.1 系统分析

原剪折机是由电机带动凸轮机构使送料机构送料、模具来回运动和切刀上下运动，一个行程完成送料、剪切和折烫等动作，电机速度、手自动启停控制、状态检测和故障判断则由单片机控制板控制，每次加工不同长度的商标之前，需要手动调整转盘，从而设置出所需长短尺寸，用户反应该电气配置存在配件采购麻烦，控制板电气保护差、维护困难的缺点，希望能通过电气改造提高机器的性能和使用便利性。

2.2 台达自动化平台设计

根据机器的特点和用户需求，项目设计基于台达自动化体系平台。选用台达的SC系列PLC来替代控制板做为控制用，M变频器进行电机控制，3.8吋触摸屏取代面板按钮；计数器，定长送料部分则由步进电机控制。

（1）PLC部分：选用台达12SC11T主机，如图3所示。

图3 SC主机外观图

该主机是台达S系列中偏向运动控制的一款，非常适合需要高速控制定位的场合，比如伺服位置控制，数控加工等，本机配置点数比较精简，可以通过其强大的扩展功能轻易实现多点数，本项目中另外加16SP（DI 8点，DO8点）做为I/0扩展用。

（2）变频器部分：选用台达M系列015M21A型变频器，如图4所示。

图4 台达M系列变频器

特点：

·输出频率0.1~400Hz
·可设定V/F以及矢量控制
·载波频率可达15kHz
·支持MODBUS通讯
·内含PID反馈功能
·零速力矩保持功能

M系列台达变频器家族中的迷你高功能型，应用广泛，本项目中主要利用其变频和通讯功能，通过MODBUS通讯可以很方便地实现上位机对变频器进行参数设定和读取，从而实现对机器速度的准确实时监控。

（3）人机界面：选用台达3.8吋AS3.8BSTD型触摸屏，如图5所示。

图5 台达AS触摸屏

特点：

·8灰接蓝白STN，256色
·解析度：320*240像素
·支持RS485/RS232/RS422通讯
·支持USB存储、鼠标、打印

通过台达人机可以方便地控制和监视，原按钮和计数器功能都可以通过画面实现，使控制箱面板更加简洁，提高了产品的档次，适应了市场需求。

3 控制系统设计

3.1 主驱电机

主机要求速度达到0~150切/分，送料长度控制在0.2mm精度，工作长度范围在40mm-240mm。电机减速比设计为1：10，若要求达到200切/分，则当电机转速：n=150*10=1500转/分，要求输出频率为：f=n·p/60=1500·2/60=50Hz，速度要求满足。

3.2 送料步进电机

送料长度由步进电机控制，要求控制精度为0.2mm，送料辊周长115mm，减速比1:2，设置步进驱动器细分数使每转一圈对应脉冲数为600，送料辊每转1圈电机需转2圈，则每个脉冲对应送料长度为：L=115/2*600=0.096mm<0.2mm，满足控制要求。

3.2 PLC高速脉冲输出接口

送料长度范围40mm~240mm，则要求每次发送脉冲数为416~2500。最大速度150切/分，每完成一次动作的最短时间为0.4秒，每次送料占用时间是总行程的1/2，则送料最短时间为0.2秒，由于加减速时间和找标的时间大致为0.1秒，所以要求脉冲发送频率最高：2500/0.1=25000脉冲/秒，SC最高可以输出频率达到200kHz，SC系列PLC高速脉冲输出接口完全满足要求。

3.4 定标实现

带状商标上有位置色标，色标间隔反应了商标的长度。定标送料就是通过光学传感器检测色标位置，每次检测到色标就停止送料，等待切刀完成剪切动作。由于步进电机的特点，当起始发送脉冲频率过高则容易出现失步堵转，因此需降低起始频率，通过一个加速和减速过程，即以较低的速度起动，而后逐渐加速到某一速度运行，再逐渐减速直至停止。进行合理、平滑的加减速控制是保证步进驱动系统可靠、高效、精确运行的关键。

定标采用两步走的方式，先按设定长度高速走一段定长，通过D1340设置加减速时间，离色标还有1~2mm的距离时开始低速找标，色标检测到则产生一个中断信号进PLC，在中断程序中对M1334进行置位，使DDRVI的Y10立刻停止脉冲输出，电机马上停止。

3.5 PLC接口设计（表1）

表1 I/O接口定义

注：晶体管输出信号经过继电器转接后控制外部电路。

4 结束语

经过全新电气改造的自动剪折机，无论从产品外观还是性能上都有了提高，经过上带连续生产，证实了产品性能上完全达到了用户的要求，由于采用了人机界面使得在操作便利上有了非常大的提高，虽然产品的控制点数不多，却涵盖了台达从PLC、变频器到人机界面几大产品的应用，是台达自动化产品和机械的又一次成功结合。