★魏偉龍（北京和利時(shí)智能技術(shù)有限公司，北京 100176）

LE5128的色標(biāo)捕捉及動(dòng)態(tài)糾偏應(yīng)用

★魏偉龍（北京和利時(shí)智能技術(shù)有限公司，北京 100176）

高速色標(biāo)捕捉功能廣泛地應(yīng)用在制袋機(jī)、不干膠貼標(biāo)機(jī)、食品加工機(jī)械等定長(zhǎng)裁斷場(chǎng)合。作為其核心產(chǎn)品——LE系列PLC（可編程控制器）則對(duì)整個(gè)裁切過(guò)程的可靠、安全及節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。

色標(biāo)捕捉；高速位置鎖存；動(dòng)態(tài)糾偏；LE5128；

1 場(chǎng)景描述

LE5128在不干膠貼標(biāo)機(jī)、小袋包裝機(jī)、印刷品后段定長(zhǎng)裁斷等行業(yè)有著成熟的應(yīng)用。這些機(jī)型有一個(gè)共同的要求，首先需要主軸帶動(dòng)材料進(jìn)行定長(zhǎng)位移，在移動(dòng)的過(guò)程中，外部色標(biāo)傳感器檢測(cè)材料上的特定位置，控制器根據(jù)檢測(cè)的位置結(jié)果與理論位置進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算后，得出當(dāng)前移動(dòng)的動(dòng)態(tài)偏差，然后在主軸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整材料實(shí)際的到位位置，從而在保證高速運(yùn)行效率的前提下，還能高標(biāo)準(zhǔn)保證每次的定長(zhǎng)裁切的精度。

以不干膠貼標(biāo)機(jī)為例，由于印刷完畢的不干膠標(biāo)簽是整卷出廠的，因此需要裁成等長(zhǎng)度的標(biāo)簽以后才能供后續(xù)工段使用。LE5128工作處理過(guò)程如下：首先LE5128的高速脈沖輸出軸控制實(shí)際主軸電機(jī)開(kāi)始做理想狀況下的梯形加減速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在LE5128內(nèi)通過(guò)LATCH功能塊啟動(dòng)色標(biāo)捕捉功能；然后，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)色標(biāo)傳感器捕捉到特定區(qū)域的顏色變化后，LE5128內(nèi)核FPGA能夠在納秒級(jí)別的運(yùn)算速度下，高精度地捕捉到當(dāng)前信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻的脈沖輸出軸的脈沖輸出數(shù)值或當(dāng)前實(shí)際測(cè)量用的編碼器信號(hào)，緊接著通過(guò)LATCH功能塊將鎖存的位置數(shù)據(jù)反饋給用戶程序，用戶程序根據(jù)鎖存值與理論位置進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算后得出當(dāng)前移動(dòng)的動(dòng)態(tài)偏差，最后實(shí)時(shí)修正MOVEABSOLUTE_M相對(duì)位移功能塊的脈沖數(shù)，使得傳動(dòng)軸最終停在等距的位置；緊接著裁刀下落，完成整個(gè)定長(zhǎng)裁斷的過(guò)程；然后傳送主軸繼續(xù)循環(huán)工作，進(jìn)行下一次的裁斷。

2 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

目前市面上的小型PLC大部分都無(wú)法保證色標(biāo)捕捉的精度，原因主要有兩點(diǎn)：一是色標(biāo)捕捉的工作機(jī)制采用的是CPU中斷模式，受限于CPU的運(yùn)算速度，其采集精度一般為毫秒級(jí)別，采集到的色標(biāo)傳感器信號(hào)在主軸速度較低時(shí)能夠保證采集精度，但當(dāng)速度提高后就會(huì)有較為明顯的偏差；二是很少有主流的小型PLC能實(shí)現(xiàn)位移指令的動(dòng)態(tài)調(diào)整，無(wú)法對(duì)已經(jīng)開(kāi)始的運(yùn)動(dòng)在線修改其最終的到位位置，因而不能保證裁切料的精度。

LE5128定位于中高端運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，有著其他品牌小型PLC無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)：

（1）它的色標(biāo)捕捉功能采用內(nèi)置FPGA的高級(jí)功能算法，獨(dú)立于CPU的運(yùn)行模式，采用硬件采集的方式能夠?qū)崿F(xiàn)納秒級(jí)的色標(biāo)捕捉，從而可以在保證精度的條件下大幅提高設(shè)備的加工效率。

（2）窗口過(guò)濾功能可以設(shè)定捕捉特定區(qū)域內(nèi)的色標(biāo)點(diǎn)，窗口外的信號(hào)不予捕捉，過(guò)濾掉在高速傳送過(guò)程中無(wú)效點(diǎn)的干擾。

（3）LE5128的定位功能塊可以動(dòng)態(tài)修改目標(biāo)軸的停止位置，進(jìn)而提高裁斷工藝的精度。

（4）CPU本體集成了2路AI，2路AO信號(hào)，結(jié)構(gòu)緊湊，如在貼標(biāo)機(jī)生產(chǎn)線，需要用模擬量控制加熱棒的時(shí)候，無(wú)需額外擴(kuò)展I/O模塊，為客戶節(jié)省了成本。

定長(zhǎng)裁斷的控制過(guò)程是一個(gè)先色標(biāo)捕捉、后裁斷定長(zhǎng)的控制過(guò)程。以LE5128為核心控制器所開(kāi)發(fā)的一套具有高精度裁斷、能夠適應(yīng)高速度的裁斷裝置，不管從提高產(chǎn)量、減少?gòu)U品率還是從提高原料的利用率來(lái)說(shuō)都顯得極為重要。定長(zhǎng)裁斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)在貼標(biāo)機(jī)生產(chǎn)線中投入使用，實(shí)踐證明該基于高速脈沖的控制系統(tǒng)平穩(wěn)安全可靠，故障率低，產(chǎn)品精度達(dá)到±0.5mm，完全滿足下道工序的高標(biāo)準(zhǔn)要求，提高了生產(chǎn)效率，例如在南方某貼標(biāo)機(jī)客戶處，將和利時(shí)的LE5128與日系某小型PLC作比較，效率高出了30%，次品率卻比對(duì)方低10%。創(chuàng)造了非常好的經(jīng)濟(jì)效益，具有極高的性價(jià)比。

3 指令說(shuō)明

3.1 LATCH功能

3.1.1 LATCH的功能描述（如圖1所示）

啟用該功能時(shí)，收到一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的上升沿（或下降沿）時(shí)候，獲取當(dāng)前軸從參考零點(diǎn)開(kāi)始到此刻發(fā)送（或接收）的總脈沖數(shù)。最多支持4個(gè)LATCH功能塊使能，可以同一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)鎖存不同軸的位置。

圖1 LATCH功能塊

3.1.2 參數(shù)說(shuō)明（如表1所示）

表1 參數(shù)說(shuō)明

3.1.3 LATCH功能塊的時(shí)序圖（如圖2所示）

圖2 LATCH功能塊的時(shí)序圖

注：INT_SIG為色標(biāo)捕捉到的信號(hào)，SIG_EDG的參數(shù)決定了所捕捉信號(hào)是上升沿有效還是下降沿有效。在OPEN_WIN和CLOSE_WIN窗口區(qū)間內(nèi)的色標(biāo)點(diǎn)有效。由于LATCH在重新使能后，只在窗口內(nèi)的第一個(gè)觸發(fā)沿進(jìn)行鎖存，所以第二個(gè)觸發(fā)沿不予鎖存。需要重新觸發(fā)LATCH功能塊才能進(jìn)行下一次鎖存。

3.2 MOVEABSOLUTE_M功能

3.2.1 MOVEABSOLUTE_M功能描述（如圖3所示）

用于控制電機(jī)進(jìn)行定位，以原點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行輸出已設(shè)定個(gè)數(shù)和頻率的脈沖，達(dá)到定位的功能，并支持中斷功能。

3.2.2 參數(shù)說(shuō)明（如表2所示）

用于控制電機(jī)進(jìn)行定位，以原點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行輸出已設(shè)定個(gè)數(shù)和頻率的脈沖，達(dá)到定位的功能，并支持中斷功能。

表2 參數(shù)說(shuō)明

3.2.3 MOVEABSOLUTE_M功能塊的時(shí)序圖（如圖4所示）

圖4 MOVEABSOLUTE_M功能塊的時(shí)序圖

當(dāng)中斷輸入信號(hào)同時(shí)滿足以下條件時(shí)，才能觸發(fā)執(zhí)行中斷：

（1）功能塊在重新使能后，未執(zhí)行過(guò)有效中斷，即INT_OCCUR參數(shù)為FALSE；

（2）軸還未達(dá)到絕對(duì)定位目標(biāo)位置前，INT_ SIGNAL產(chǎn)生有效的跳變沿；

（3）中斷信號(hào)達(dá)到時(shí)，軸的當(dāng)前位置滿足窗口選擇條件。例如當(dāng)選擇SEL_WIN=1時(shí)，軸的當(dāng)前位置應(yīng)在OPEN_WIN和CLOSE_WIN指定的窗口區(qū)間內(nèi)；

（4）Position為未觸發(fā)中斷時(shí)傳送軸的停止位置；NUM_EX為觸發(fā)中斷后，實(shí)時(shí)修正的停止位置；

（5）由于MOVEABSOLUTE_M在使能后，只在窗口內(nèi)的第一個(gè)觸發(fā)沿進(jìn)行觸發(fā)，因此需要重新觸發(fā)MOVEABSOLUTE_M功能塊才能進(jìn)行下一次定位。

4 案例應(yīng)用

4.1 程序編寫(xiě)

以貼標(biāo)機(jī)生產(chǎn)線為例，給大家介紹下色標(biāo)捕捉以及動(dòng)態(tài)糾偏如何用程序?qū)崿F(xiàn)。所使用軟件為和利時(shí)自主研發(fā)的LE系列編程軟件：AutoThink V3.1.4。色標(biāo)捕捉點(diǎn)為%IX0.0，脈沖輸出為%QX0.0，方向?yàn)?QX.4，如圖5所示。

圖5 色標(biāo)捕捉以及動(dòng)態(tài)糾偏程序?qū)崿F(xiàn)界面圖

由于LATCH、MOVEABSOLUTE_M的使能端EN_R是上升沿使能、高電平有效，因此每次裁切完成后，均要重新觸發(fā)EN_R，界面圖如圖6、圖7所示。

圖6

圖7

4.2 伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試及接線

4.2.1 本案例所使用的伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為安川系列的SGDV-2R8A01B+SGMJV-04ADE6S。采用位置模式工作，LE5128以脈沖+方向的輸出方式控制伺服驅(qū)動(dòng)器。調(diào)試參數(shù)如下：

（1）Pn000=0010（脈沖加方向，位置模式）

（2）Pn200=1000

（3）Pn20E=1048576 分子

（4）Pn210=2000 分母：2000脈沖轉(zhuǎn)一圈

（5）Pn50A=8100 Pn50B=6548 （點(diǎn)動(dòng)JOG模式）

（6）Pn50A=8170 Pn50B=6548

4.2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器的CN1接口為輸入輸出信號(hào)端子（4排50針），采用脈沖+方向的控制方式需要接如下引腳：

CN1的線序及顏色：

白：1 GND（0V）；

粉：7 脈沖+；

粉黑：8 脈沖-；

灰：11 方向+；

紫： 12 方向-；

黃：40 伺服使能（線較長(zhǎng)，當(dāng)Pn50A設(shè)置伺服始終使能后，無(wú)需再接）；

黃：47 24V+（線較短）。詳見(jiàn)圖8。

圖8

當(dāng)LE5128與驅(qū)動(dòng)器連接的時(shí)候，采用集電極開(kāi)路接法：由于LE5128的晶體管輸出電壓為24V，因此需要串聯(lián)2.2k的上拉電阻。如圖9所示。

圖9

[1] 和利時(shí)LE小型可編程控制器指令手冊(cè)[Z].

[2] 和利時(shí)LE小型可編程控制器軟件手冊(cè)[Z].

[3] 安川Σ-5系列SGDV伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試手冊(cè)[Z].

Applications of LE 5128 for Color Code Capturing and Dynamic Corrections

High-speed color standard capture function has been widely used in bag making machine, sticker labeling machine, food processing machinery and other fixed-length cutting occasions. As the core production of this function, the LE series PLC (programmable controller) plays a vital role, leading to a reliable, safe and energy saving cutting process.

Color code capturing; High-speed position latching; Dynamic correction; LE5128

B

1003-0492(2017)01-0096-04

TP273

魏偉龍（1988-），男，河北石家莊人，本科，現(xiàn)就職于北京和利時(shí)智能技術(shù)有限公司，主要從事和利時(shí)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品解決方案的研究。