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我國是制造業(yè)大國，而包裝工業(yè)也隨著工業(yè)品的制造而迅猛發(fā)展。目前中國生產(chǎn)的瓦楞紙包裝制品、復(fù)合軟包裝、金屬桶、集裝箱、塑料編織袋等主要產(chǎn)量已居世界前列。中國包裝工業(yè)已經(jīng)基本形成了一個以紙、塑料、金屬、玻璃、印刷、機械為主要構(gòu)成，擁有一定現(xiàn)代化技術(shù)裝備、門類比較齊全的工業(yè)體系。
在包裝工業(yè)中，瓦楞紙的應(yīng)用非常廣泛，幾乎所有的輕工業(yè)產(chǎn)品都會用到瓦楞紙板箱進(jìn)行包裝，比如食品、飲料、煙草、電子產(chǎn)品及電器等。而橫切機是瓦楞紙板生產(chǎn)線末端的一個非常重要的環(huán)節(jié)，也是制造包裝盒之前的最后一個環(huán)節(jié)。因此，橫切機的性能是影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的一個重要因素。同時，橫切機也是瓦楞紙板生產(chǎn)線中自動化程度較高的環(huán)節(jié)之一。
【行業(yè)背景】
出于對車速、廢品率和換單靈活性的要求，目前電腦橫切機得到了越來越廣泛的推廣。根據(jù)控制系統(tǒng)的不同，電腦橫切機有兩大類：
- 第一類是采用單片機和普通變頻器進(jìn)行控制。在單片機中進(jìn)行位置閉環(huán)，然后將速度指令發(fā)送給變頻器，從而驅(qū)動馬達(dá)與紙板的進(jìn)給進(jìn)行跟隨。其優(yōu)點是成本低，但由于單片機對位置閉環(huán)控制的掃描周期較長，導(dǎo)致高速下的速度給定精度較低；同時普通變頻器的跟隨特性較差，無法完全跟隨給定，從而進(jìn)一步帶來誤差。
- 第二類是采用專業(yè)運動控制系統(tǒng)和伺服驅(qū)動器進(jìn)行控制。位置閉環(huán)直接由運動控制系統(tǒng)來控制。毫秒甚至是微秒級的運算周期可以保證高精度的位置給定；同時伺服系統(tǒng)出色的跟隨特性也能夠保證更高的精度。
將在本文中介紹的橫切方案，即是采用西門子運動控制系統(tǒng)及伺服驅(qū)動器的第二類方案。
【機械結(jié)構(gòu)】
目前的瓦楞紙生產(chǎn)線中，橫切部分一般稱為橫切機臺。通常，橫切機臺只有一個刀輥馬達(dá)，而沒有主動進(jìn)給部分。即使有進(jìn)給馬達(dá)，也不會采用伺服驅(qū)動，而是采用普通變頻器來驅(qū)動。因此，瓦楞紙板的進(jìn)給量需要由測量輥檢測后傳送給運動控制系統(tǒng)，通過同步或電子凸輪功能控制刀輥驅(qū)動器。
【系統(tǒng)配置】
下圖為采用西門子運動控制系統(tǒng)Simotion D410 及伺服驅(qū)動器Sinamics S120的系統(tǒng)配置圖。
配置圖中共包含以下組件：
- 上位控制工控機作為人機界面，接收用戶的給定與設(shè)置，同時管理訂單，并與整線控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊；
- Simotion D410是西門子公司最新的單軸運動控制系統(tǒng)，與上位工控機之間通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)（D410 PN型）進(jìn)行通訊：接收設(shè)置與訂單，并且實時將機器的狀態(tài)，如車速、電機電流、電機溫度等信息傳送給工控機進(jìn)行處理或顯示；
- 伺服驅(qū)動器Sinamics S120接收Simotion D410發(fā)出的位置指令，并且以125微秒為周期進(jìn)行刀輥位置采樣，并進(jìn)行位置閉環(huán)控制（當(dāng)激活了動態(tài)伺服控制功能DSC時），驅(qū)動刀輥馬達(dá)運轉(zhuǎn)；
- 外部編碼器安裝在測量輥上，用于檢測瓦楞紙板的進(jìn)給量，作為電子凸輪的主軸位置值；
- 當(dāng)需要對瓦楞紙進(jìn)行色標(biāo)跟隨橫切時，可以將色標(biāo)傳感器連接到Simotion D上的快速輸入點上。而Simotion D可以通過編程實現(xiàn)色標(biāo)補償功能。
【性能指標(biāo)及亮點】
根據(jù)機械部分及電機功率的不同，目前配備該方案的橫切機可以達(dá)到下面的性能指標(biāo)：
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- 幅寬：1400 mm ~ 3300 mm 
- 車速：120 m/min ~ 350 m/min 
- 裁切長度：300 mm ~ ∞ 
- 裁切精度：±1 mm
而該解決方案具有的性能亮點包括：
- 電子凸輪裁切；
- 五次多項式凸輪曲線，降低對機械系統(tǒng)的沖擊；
- 裁切時刀輥與材料同步，同步超速可調(diào)；
- 切長不停機更改，并且立即生效；
- 根據(jù)需要可以進(jìn)行色標(biāo)跟蹤裁切。
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