西门子CPU主机模块6ES7215-1BG40-0XB0

晶体切割设备工艺描述 

石英晶体切割过程是拉丝加切割两者的复合动作的过程。拉丝动作跟拉丝机或者薄膜收放卷的动作完全一样。工作过程基本上可以划分成放线、拉丝、收线等3部份工艺过程。但是控制精度和稳定性比较高，需选择高端切割丝线（铜丝）。不同精度规则的产品，不同晶振频率，需选择不同规格的拉丝线径。切割过程是切割线材在收放卷运动过程中，放置石英晶体的工作台以很慢的速度（约5毫米每分钟）速度向切割线材方向运动达到切割的目的。工作台的速度要慢，运转平稳，定位精度高。 

3 台达伺服系统应用设计 

3.1 方案设计 

切割设备的收放卷部分是整个系统*难控制的部分；也是决定设备生产效率的部分。为了调高生产效率和调高产品的品质。选择机械特性非常好的台达伺服系统收放卷来实现同步控制与恒张力控制。系统中的触摸屏用于人机交互操作（设置参数/状态状态等）；PLC主要作为伺服定长控制和恒张力控制；伺服系统用于定长控制；变频器用于排线控制。 

为了提高切割设备的效率，系统要求伺服能频繁启停，且保证高速启停以及加减速过程中要保证收放线都很平稳。经调整参数台达B系列伺服系统完全满足要求。 

为保证工作台能以5毫米每分钟的低速平稳运转及调高切割精度，推荐客户配置精密减速机。 

3.2控制系统的组成 

（1）伺服：台达B系列0.4－2KW 共5个伺服的变频器： VFD022B43A 两个； 
（2）PLC: 台达 DVP28SV+DVP-01PU； 
（3）HMI: 台达DOP-A75BSTD。 

3.3设备调试 

整个系统在启动、加速、减速、停车过程中要求收放线能很快达到平衡。启动时要求主拉具有较高的启动转矩，且速度不能下降。伺服低速百分之三百的过负载能力保证了启动时高转矩。为调高工作效率，要求控制系统能快速相应速度变化，对浮动杆的变化响应也要快。伺服加减速时间需要比较短。**能够收放卷的伺服加减速时间比拉丝加减速时间长一点。为保证启动，加速，减速，停止过程中收放卷系统平稳，收卷和放卷系的PID参数中位置和速度增益要调大一点；积分增益设置稍微大点，积分周期也要长点，这样能保证速度快速相应和浮动杠的平衡。另外，在使用时PLC程序比较长，扫描时间比较长，对恒张力的收放卷反应速度影响很大。**尽量少使用FROM/TO指令和简化PLC程序

 系统设计 

2.1 系统分析 

国内专业制造工业天平的研究机构研发的天平设备加减码系统均为人工或者机械加减码，操作缺乏灵活，计量效率和质量不利于提升设备经济价值和产品档次。本项目天平自动计量系统研发成功填补了国内天平计量设备自动化控制的空白，设备具有完全自主知识产权，控制系统采用台达PLC作为主控器，同时驱动4轴独立交流伺服系统，上位机人机界面监控天平运行状态，输入加码质量，系统实现精准自动加减码，无论从核心部件还是控制系统都可以和国外同类设备相媲美。 

2.2 天平自动计量系统组成结构 

(1)天平开关： 采用4千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。 
(2)秤盘升降： 采用2.2千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。 
(3)自动加码： 左右盘对称各一套，分为公斤组（400W伺服电机驱动）；十公斤组（400W伺服电机驱动）；百公斤组（120W异步电机驱动）。三组砝码应能实现0kg～199kg任意质量的自动组合。 

2.3 系统设计 

（1）控制系统原理：天平自动计量控制系统采用双主站控制方式，人机界面和工控PC机同时作为主站监控从站PLC动作，HMI通过COM1通讯口与PLC COM1（RS232）通讯口连接，工控PC机通过COM1通讯口与PLC COM2（RS485）通讯口，从而实现命令下达和动作反馈等监控功能，实现设备自动化控制要求。主控器台达PLC同时连接4颗独立伺服驱动系统，高速脉冲控制伺服行进距离和行进速度，达到**加减砝码控制要求，同时PLC模拟量采集模块实时采集压力传感器信号，转换为压力数值供上位机显示和程序处理使用，天平其他部件动作条件检测和动作驱动完成均由PLC数字量输入输出接口按照程序逻辑输出实现控制功能，如图1所示。

 
图1 系统原理框图

（2）配置设计：控制系统技术方案配置如表1所示。表1仅列举出控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、电磁接触器、电磁继电器、按钮、指示灯等）、检测传感器（压力传感器、接近开关、行程开关等），模拟信号变送器等元器件，此处均不予赘述。

表1系统配置设计 

（3）台达DVP28SV11T PLC功能描述：DVP28SV11T提供并列形式高速扩展接口，可以扩展应用多样的网络接口，如以太网、DeviceNet、ProfiBus以及模拟量、温度模块等，从而实现实时控制的要求，*多可以扩展16台模块（左侧扩充8台＋右侧扩充8台），包括模拟量、温度、轴控、通讯等特殊扩展模块。DVP28SV11T主机内建200KHz四轴独立和二组直线/圆弧插补功能的运动控制指令，使得位置控制方面的应用灵活而且方便。DVP28SV11T PLC应用于4轴伺服定位控制；裁料机（高速伺服控制）；X-Y伺服机械手臂；伺服控制夹取物料应用；光电、半导体、纺织、节能与楼宇自动化等产业设备应用。台达DVP28SV11T PLC产品规格：主机点数：28 ；*大I/O点数：512 ；用户程序容量：16K Steps ；指令执行速度：0.24μS（基本指令） ；通讯接口：內建RS232、RS485，兼容MODBUS ASCII/RTU通讯协议；资料存储器：10,000 Word ；档案存储器：10,000 Word ；高速脉冲输出：支持4点 （Y0, Y2, Y4, Y6）高速脉冲输出、2组（Y0, Y1）（Y2, Y3）AB相脉冲信号输出及2组（Y0-Y3 & Y4-Y7）双轴插补功能，*高均可达200KHz，內建4组硬件高速计数器。 

2.4 控制系统电气设计 

PLC主控器控制回路接线如图2所示。需要指出的是，伺服能够精准寻找到上述不同公斤数对应的不同角度，伺服电机拖动减速机带动旋转轴上面的若干的机械凸轮系统实现自动加码动作，对于电气控制系统只要能够**找寻到预设要求的角度就可以满足要求了。

 
图2 PLC电原理图

2.5 天平计量自动化工艺 

系统上电系统程序自动运行以下一系列操作：检测天平是否关闭，如果处于关位（SQ2+）则无动作，如果未处于关位（SQ2-），将天平关闭（KM2+）；检测盘是否处于降位、罐是否处于退位：如果是盘处于降位（SQ4+、SQ6+）与罐处于退位（SQ19+、SQ21+）无动作，如果不是盘处于降位（SQ4-或SQ6-）或罐处于退位（SQ19-或SQ21-），将盘升起（KM3+、KM5+），将罐退回（SB2+、SB4+），将盘降下（KM4+、KM6+）；加码系统回零；提示天平系统正常、允许进行手动控制操作；天平开(KM1+)[前提：左右罐处于退位（SQ19+、SQ21+），左右盘处于降位（SQ4+、SQ6+）]；平关(KM2+)；天平开关停止；[增加的一个触摸屏上的功能按钮，在开关天平过程中能够在任意位置停止]；左盘升（KM3+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；左盘降（KM4+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；左罐进（SB1+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、左盘处于升位（SQ3+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；左罐退（SB2+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、左盘处于升位（SQ3+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；右盘升（KM5+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；右盘降（KM6+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；右罐进（SB3+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、右盘处于升位（SQ5+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；右罐退（SB4+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、右盘处于升位（SQ5+）]；同时有触摸屏按钮和外部按钮；按给定数值加码[前提：天平处于关位（SQ2+）]；系统急停：系统中所有动作全部停止[包括手动和自动的所有动作]。同时有触摸屏按钮和外部按钮。 

模切压痕属于印（刷）后（期）加工的一项重要生产工艺，用于各类印刷品压切成单个图形或表面的整饰加工，模切质量的好坏直接影响整个产品的市场形象。 

在众多印后设备品种中，我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平。国内已经可以制造包括全自动平压平模切机在内的商标模切机、不干胶商标模切机、圆压圆模切机、圆压平模切机、平压模切压痕机等产品。近年来，已经可以制造联动线上的模切单元，如：柔性版印刷机、凹版印刷机、不干胶印刷机、瓦楞纸印刷开槽机等设备的模切单元。制造全自动和半自动模切机的企业也越来越多。其中就有瑞安市鹤翔印刷机械制造有限公司等温州企业。在温州的模切机行业中大多使用日系的伺服系统。瑞安巨丰机械厂使用台达的B 系列伺服系统的成功，为台达伺服在温州模切机行业的推广起到了积极推动作用。

2 模切工艺 

模切机，主要用于纸品类包装装潢工业中的商标、纸盒、贺卡等的模切、压痕和冷压凸作业，是印后包装加工成型的重要设备。模切机的工作原理是利用钢刀、钢线（或钢板雕刻成的模版），通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定形状。若是将整个印品压切成单个图形产品称作模切；若是利用钢线在印品上压出痕迹或者留下弯折的槽痕称作压痕；如果利用阴阳两块模板，在印品表面压印出具有立体效果的图案称为凸凹压印，以上可以统称为模切技术。 
模切压痕技术是按模型压痕和按模版压切两种加工技术的综合统称，其原理是在定型的模具之内，通过施加压力的大小，使印刷载体纸张受力陪位产生压缩变形或是断裂分离。模切压痕设备（简称模切机）的主要机件是模切版台和压切机构。被加工板料就是处于这二者之间，在压力作用下完成模切的整饰技术处理。模切压痕版有不同的类型和相对应的压切机构，使模切机分为平压平型、圆压平型和圆压圆型三种基本类型。而平压平模切机又因为有版台及压版的方向位置不同之别，可分为立式和卧式两种。 

模切工艺是包装印刷品*常用到的一道工艺，就是用模切刀根据产品设计要求的图样组合成模切版，在压力的作用下，将印刷品或其他板状坯料轧切成所需形状或切痕的成型工艺。压痕工艺则是利用压线刀或压线模，通过压力的作用在板料上压出线痕，或利用滚线轮在板料上滚出线痕，以便板料能按预定位置进行弯折成型。通常模切压痕工艺是把模切刀和压线刀组合在同一个模板内，在模切机上同时进行模切和压痕加工的工艺，简称为模切。工艺介绍模切压痕的主要工艺过程为：上版→调整压力→确定规矩→粘贴橡皮条→试压模切→正式模切压痕→清废→成品检查→点数包装。 

3 台达自动化解决方案 

3.1控制系统的组成 

根据模切工艺的控制要求，基于台达机电自动化技术平台的模切机控制系统由台达PLC、人机界面、变频器、伺服控制器等单一自动化平台集成： 

（1）台达的伺服控制器：B系列1KW 中惯量伺服； 
（2）台达的变频器： VFD022B43A； 
（3）台达的PLC: DVP12SC； 
（4）台达的人机界面（HMI）: DOP-A57BSTD。 

3.2 人机界面 

系统中的触摸屏用于人机交互操作（设置参数/状态状态等）；PLC主要作为伺服定长控制和变频器模切以及定长裁切控制的控制元件；伺服系统用于定长控制；变频器用于模切控制。另外还用张力控制器控制收放卷的恒张力。主监控操作画面参见图1和图2。

 
图1主监控操作画面（1）

 
图2主监控操作画面（2）

3.3 运动控制 

（1）伺服系统运行强度。系统要求伺服能频繁启停，且保证高速高精。每分钟启停在240次以上，精度在0.1MM以下。经调整参数我们B系统伺服完全能满足要求。 

（2）变频器运行强度。系统要求变频器能快速起停以提高模切速度，以及保证停止时模切头不会过冲。 通过放大变频器功率（2.2KW 变频器+1.5KW电机），增加变频器的刹车电阻。变频器加减速时间可以调整到0.1秒。保证快速启停。 

3.4调试与运行 

（1）张力限制。收放卷张力合适才能保证伺服定长精度，才能确保收放卷电机的长寿命，否则电机会应发烫严重而影响使用寿命。 
（2）减低负载提高精度。伺服定长**能设定加减速时间的PLC指令，这样可以降低伺服负载和提高定长精度。 
（3）减速时间。变频器加减速时间一定要短，才能提高生产效率和停机不会过冲。