孟友彬 廖界豐

（海鹽吉龍機械股份有限公司，浙江嘉興 314312）

分切機是印刷行業(yè)應(yīng)用的重要裝置，主要完成紙張的分切控制，不同的紙張分切機適用于不同的紙張生產(chǎn)情況。例如，某些紙張分切機適用于牛皮紙以及干膠紙的紙張切割。在現(xiàn)代印刷制造工業(yè)生產(chǎn)中，對于印刷制造的生產(chǎn)效率十分重視，所以分切機開始朝自動化控制方向發(fā)展，利用現(xiàn)代自動控制技術(shù)能夠有效提升紙張分類切割機的工作效果。另外，在自動化技術(shù)不斷更新發(fā)展的大背景下，相關(guān)專家也提出了對分切機控制技術(shù)進行創(chuàng)新研究的思路，設(shè)計應(yīng)用紙張分類分切機的自動控制系統(tǒng)，進一步提升分切機的工作精度和工作效率。

1.紙張分切機簡要分析

紙張分切機是現(xiàn)代印刷行業(yè)中應(yīng)用的關(guān)鍵裝置，對于印刷工業(yè)生產(chǎn)有重要的作用。在紙張分切機應(yīng)用的過程中，其主要的功能是將寬幅卷筒紙張分切為寬度不等，直徑不等的紙張，從而滿足印刷生產(chǎn)對紙張規(guī)格的不同需求[1]。

紙張分切機在應(yīng)用過程中，是依靠各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)生產(chǎn)而完成各項工作，主要包括機架傳動結(jié)構(gòu)、放卷結(jié)構(gòu)、收料結(jié)構(gòu)、張力裝置、牽引結(jié)構(gòu)、分切刀架、廢料收卷與排放等組成，不同的結(jié)構(gòu)具有不同的功能，最重要的裝置就是控制系統(tǒng)。為了應(yīng)對現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需求，紙張分切機開始應(yīng)用計算機控制系統(tǒng)或自動化控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是發(fā)送指令的核心結(jié)構(gòu)，控制著整個裝置的生產(chǎn)。在裝置的應(yīng)用過程中，紙張分切機控制系統(tǒng)發(fā)送指令，將原材料固定在放料軸上，放料軸的一端裝有電機張力控制器來恒定原材料所需的張力，經(jīng)過一對橡膠輥來牽引原材料，經(jīng)刀片切割成若干條，再經(jīng)過各導(dǎo)輥導(dǎo)引至A、B收卷軸進行收卷成品。它的傳動由主電機帶動牽引輥及收料軸同步運轉(zhuǎn)而達到牽引走料及成品收料的目的。

紙張分切機控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用后，紙張分切機系統(tǒng)能夠自動進行分切完成工作并且系統(tǒng)的工作精度也得到了優(yōu)化調(diào)整，通過參數(shù)的綜合精度管控才能夠提升分切機的應(yīng)用效果。所以，在現(xiàn)代紙張分類分切機研究過程中，針對分切機的控制技術(shù)和系統(tǒng)研究是整個分切機應(yīng)用研究的關(guān)鍵方向[2]。

2.紙張分切機控制技術(shù)探討

紙張分切機控制技術(shù)是紙張分切機裝置使用過程中的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用是整個分切機運行管理的核心。而在實際的分切機優(yōu)化研究過程中，針對控制技術(shù)進行深入研究也是技術(shù)優(yōu)化的突破口。以下是本文對分切機控制技術(shù)的全面研究。

（1）現(xiàn)代紙張分切機控制技術(shù)的核心是PLC。PLC是邏輯編程控制器，是一種微型計算程序控制模塊，具有自動控制、邏輯編程、數(shù)據(jù)信號接收和發(fā)送等多種功能。PLC技術(shù)是現(xiàn)代電氣自動化設(shè)備中應(yīng)用的核心技術(shù)，對于自動化技術(shù)的應(yīng)用起到關(guān)鍵的作用。在紙張分切機控制技術(shù)中，PLC自動化控制技術(shù)能夠有效地控制技術(shù)應(yīng)用效果。在整體的控制過程中，PLC技術(shù)能夠按照控制需求設(shè)置各種控制流程，其中包括分切機啟動控制流程、分切機停止控制流程、分切機參數(shù)變化控制流程以及分切機的運行更改設(shè)計流程等相關(guān)內(nèi)容，通過對分切機的流程控制保證分切機的應(yīng)用效果。所以，從自動控制原理角度而言，分切機的PLC控制技術(shù)才是整個裝置的核心控制模塊。

（2）分切機控制技術(shù)研究過程中，需要做好運行動力的絕對控制，在整個分切機運行中，分切機運行主要包括直接控制技術(shù)、間接控制技術(shù)兩個方面[3]。首先，直接控制技術(shù)應(yīng)用具體是指在分切機裝置運行時，采用張力傳感器對分切機的運行數(shù)據(jù)進行直接獲取，并且利用張力數(shù)據(jù)為參考，直接完成閉環(huán)控制，實現(xiàn)對裝置的直接控制。其次，分切機應(yīng)用過程中，包括間接控制技術(shù)應(yīng)用，在間接控制過程中，不采用傳感器作為中間裝置，而是對分切機不穩(wěn)定影響因素進行控制，在分切機的總體控制過程中，需要落實好分切機的全面不穩(wěn)定控制，最終控制分切機的應(yīng)用效果。在整體分切機的運行控制時，需要綜合管控分切機的運行效果。同時，間接控制技術(shù)應(yīng)用也是通過分切機的運行差值控制，完成各項運行分析控制。

3.紙張分切機控制系統(tǒng)設(shè)計分析

通過對紙張分切機系統(tǒng)以及控制技術(shù)全面分析發(fā)現(xiàn)，紙張分類分切機的控制技術(shù)主要是依靠PLC技術(shù)進行核心控制。所以，在現(xiàn)代紙張分切機控制系統(tǒng)設(shè)計中，以PLC技術(shù)為核心進行設(shè)計非常關(guān)鍵，能夠良好地實現(xiàn)自動化控制模塊，保證自動化控制質(zhì)量。在分切機控制應(yīng)用中，還可以嚴格落實好各項系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量。在整體進行系統(tǒng)設(shè)計時，需要以PLC技術(shù)為核心進行設(shè)計，以下是本文提出的一種紙張分類分切機控制系統(tǒng)設(shè)計思路。

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

在PLC分切機系統(tǒng)的設(shè)計過程中，完成分切機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計非常關(guān)鍵，能為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計打好基礎(chǔ)。在本文進行設(shè)計中，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由傳輸結(jié)構(gòu)、伺服驅(qū)動結(jié)構(gòu)、回旋切割結(jié)構(gòu)、觸摸屏結(jié)構(gòu)、PLC定位結(jié)構(gòu)，以及變頻裝置結(jié)構(gòu)等組成。

（1）傳輸結(jié)構(gòu)的主要功能就是完成紙張的運送，了解傳輸結(jié)構(gòu)，才能夠保證紙張運送良好，為后續(xù)的工作做好準備。

（2）伺服驅(qū)動結(jié)構(gòu)，主要是負責(zé)系統(tǒng)的驅(qū)動動力生成，刀具的回旋等都由驅(qū)動系統(tǒng)提供動力。

（3）觸摸屏模塊。觸摸屏模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，主要負責(zé)系統(tǒng)的操作，人機交互，系統(tǒng)參數(shù)更改等，

（4）PLC定位模塊也是系統(tǒng)的核心模塊，在整個系統(tǒng)進行設(shè)計過程中，各模塊的核心設(shè)計十分關(guān)鍵，在整體的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用過程中，PLC不僅具有定位功能，還具有核心指令發(fā)送功能。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計分析

在PLC分切機控制系統(tǒng)進行設(shè)計過程中，完成對分切機的硬件設(shè)計非常重要，對實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制功能有非常關(guān)鍵的作用。在本次系統(tǒng)設(shè)計中，硬件設(shè)計十分重要。以下是對系統(tǒng)的硬件設(shè)計進行分析。

（1）系統(tǒng)硬件設(shè)計中，包括對PLC裝置的核心硬件設(shè)計，通過硬件設(shè)計提升設(shè)計效果。在整個硬件設(shè)計過程中，需要對設(shè)計進行綜合管控。在本次PLC設(shè)計過程中，選擇（西門子S7-1200）可編程邏輯控制技術(shù)，并且在整個PLC設(shè)計過程中，增加了一個公用CPU模塊、設(shè)置了硬件電源模塊，同時采用16點數(shù)字量輸出技術(shù)和8點的數(shù)字量輸入和輸出模塊，完成各項信號采集工作，確保系統(tǒng)應(yīng)用良好。后期數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計應(yīng)用ARM架構(gòu)的32微處理器，在該處理器的接口設(shè)計應(yīng)用中，320X240以及STNLCD顯示屏接口，同時也設(shè)計無線模塊接口，從而實現(xiàn)整個模塊設(shè)計。另外，在整個模塊設(shè)計中，儀器選擇3個16位定時器、16位PWM波輸出、設(shè)計了27-5.25V 3V低能耗的電源裝置。PLC的硬件設(shè)計主要選擇FLASH儲存器以及SDRAM儲存器等模塊，兩個不同的儲存器模塊，可以實現(xiàn)儲存器的儲存設(shè)計。

（2）系統(tǒng)硬件設(shè)計中，包括張力傳感裝置的設(shè)計應(yīng)用。在整個結(jié)構(gòu)進行設(shè)計過程中，采用了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且在整體進行設(shè)計時，選擇應(yīng)用LX—030TD型張力傳感器。

（3）系統(tǒng)設(shè)計過程中，針對變頻裝置進行了設(shè)計。應(yīng)用A-352型號的變頻調(diào)速裝置，在該裝置的應(yīng)用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)0m/min～500m/min的變頻調(diào)速。該變頻調(diào)速裝置的變頻調(diào)速區(qū)間比較大，變頻調(diào)速控制效果也比較合理，具有良好的穩(wěn)定性，保證了變頻調(diào)速質(zhì)量[2]。

3.3 系統(tǒng)的張力控制設(shè)計應(yīng)用

在分切機軟件控制設(shè)計應(yīng)用過程中，張力的綜合控制設(shè)計十分關(guān)鍵，能夠提升張力設(shè)計效果，張力控制模式也是整個分切機軟件操作的重要環(huán)節(jié)。在這個張力進行控制實施過程中，其軟件按照位置控制器、被控對象、張力模型構(gòu)建、擺渡控制、電位控制等多項流程進行工作，在此工作模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)分切機的具體操作。在設(shè)計軟件流程時，針對整個軟件的流程進行分析，首先放卷牽引部分設(shè)置了張力參數(shù)，在紙張進入到系統(tǒng)后，根據(jù)傳感器了解到張力，并且通過系統(tǒng)的總體程序控制完成放卷電極的轉(zhuǎn)速調(diào)整，按照紙張的大小完成分切控制[4]。在本次系統(tǒng)軟件設(shè)計中，針對軟件流程進行設(shè)計如下：

（1）軟件系統(tǒng)開始工作。

（2）自動啟動系統(tǒng)工作。

（3）檢測撥叉指令。

（4）了解數(shù)據(jù)通信。

（5）給定緩沖儲存器、開始配置繼電器裝置。

（6）開始設(shè)置轉(zhuǎn)速分切指令。

（7）完成扭力計算分析。

（8）計算轉(zhuǎn)速。

（9）調(diào)整扭矩。

（10）構(gòu)建分切機復(fù)卷軸靜態(tài)動力方程。

系統(tǒng)工作過程中按照上述工作流程開展各項工作，確保分切機控制系統(tǒng)應(yīng)用良好，提升應(yīng)用效果。

3.4 完成系統(tǒng)的主要功能設(shè)計

在本次PLC紙張分切機控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，ZTM-A紙張分切機地控制應(yīng)用十分關(guān)鍵，能夠提升分切控制效果，確?？刂茟?yīng)用合理。以下是對本次分切機的主要功能設(shè)計。

（1）分切機適合于分切不干膠紙、牛皮紙、水松紙、內(nèi)襯紙等各種紙張分切作業(yè)。

（2）整機由PLC集中控制（四電機）并采用觸摸屏人機界面對整機進行集中操作。

（3）放卷采用電機，由PLC自動計算卷徑實現(xiàn)恒張力控制。

（4）牽引控制由一臺矢量變頻電機驅(qū)動，實現(xiàn)恒線速度控制，并有效地隔斷收放卷張力之間的影響。

（5）收卷傳動采用兩臺矢量變頻電機驅(qū)動，由PLC自動計算卷徑實現(xiàn)收卷張力錐度控制。

（6）放卷采用液壓式自動上料裝置，適合無行車之車間，可節(jié)省人力及縮短上下料時間。上料方式有軸上料和無軸上料兩種選擇。

（7）EPC糾偏裝置可準確控制端面精度，光電或液壓糾偏可選。

（8）系統(tǒng)具有啟動緩沖、停車放松、計米定長、定速、卷徑運算等分切功能。

另外，以表1為本次系統(tǒng)設(shè)計的具體參數(shù)。

表1 分切機控制系統(tǒng)參數(shù)分析

4.紙張分切機控制系統(tǒng)實現(xiàn)探討

本次進行紙張分切機控制系統(tǒng)的全面設(shè)計，是為了驗證本次系統(tǒng)設(shè)計的合理性。在本文研究過程中，針對系統(tǒng)進行了具體實驗，并按照上述設(shè)計進行設(shè)備選型和還原，對系統(tǒng)工作過程中的張力進行測試分析，分別測定不同調(diào)試狀態(tài)下的張力值，從而了解到系統(tǒng)張力運行效果[5]。

（1）在本次實驗中，針對電氣比例閥100MPa下的張力數(shù)據(jù)進行測定，其張力均值能夠達到2.7kg。

（2）在本次實驗中，針對電氣比例閥500MPa下的張力數(shù)據(jù)進行測定，其張力均值能夠達到2.9kg。

（3）在本次實驗中，針對電氣比例閥1000MPa下的張力數(shù)據(jù)進行測定，其張力均值能夠達到3.6kg。

（4）在本次實驗中，針對電氣比例閥1500MPa下的張力數(shù)據(jù)進行測定，其張力均值能夠達到4.2kg。

通過張力值測定分切控制效果實驗，該系統(tǒng)具有良好的分切控制能力，證明了該系統(tǒng)的設(shè)計合理性。

5.結(jié)語

本文全面研究了紙張分切機控制系統(tǒng)設(shè)計，希望通過本文的設(shè)計研究對紙張分切機控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用有所幫助。