1、引言
切紙機械是印刷和包裝行業(yè)最常用的設備之一。papercutter造紙工業(yè)中切裁成平板紙的設備。分為甩刀切紙機(又分單刀和雙刀兩種)和平刀切紙機兩類。甩刀切紙機包括由上刀、下刀組成的縱切機構，回轉長刀與固定底刀組成的橫切機構?？赏瑫r分切6~10個紙卷。平刀切紙機是平臺上有可升降的閘刀，將平張紙再切規(guī)定的尺寸。用于將大張紙切成小尺寸紙用。切紙機械由生活用紙切紙機和工業(yè)用切紙機組成，種類繁多，自動化程度不一。目前國內進行切紙設備進給定位系統(tǒng)改造主要有兩種方式，一是利用單片機結合變頻器實現(xiàn)，一是利用單片機結合伺服系統(tǒng)實現(xiàn)，不過此兩種改造方案成本都在兩萬元以上。并且單片機系統(tǒng)是由專業(yè)開發(fā)公司設計，技術保守，一旦出現(xiàn)故障只能交還原公司維修或更換，維修周期長且成本高，不利于改造后設備的維護和使用。HMI是HumanMachineInterface的縮寫，“人機接口”，也叫人機界面。人機界面(又稱用戶界面或使用者界面)是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內部形式與人類可以接受形式之間的轉換。凡參與人機信息交流的領域都存在著人機界面。
機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據存儲單元等，其中處理器的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件(如JB-HMI畫面組態(tài)軟件)。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI產品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。
2、改造的可行性分析
現(xiàn)在的大多PLC都具有高速計數(shù)器功能，不需增加特殊功能單元就可以處理頻率高達幾十或上百KHz的脈沖信號，而切紙機對進給系統(tǒng)的精度和響應速度要求不是很高?？梢酝ㄟ^對切紙機進給系統(tǒng)相關參數(shù)的計算，合理的選用編碼器，讓脈沖頻率即能在PLC處理的范圍內又可以滿足進給的精度要求。在進給過程中，讓PLC對所接收的脈沖數(shù)與設定數(shù)值進行比較，根據比較結果驅動相應的輸出點對變頻器進行輸出頻率的控制，實現(xiàn)接近設定值時進給速度變慢，從而減小系統(tǒng)慣性，達到精確定位的目的。
3、主要控制部件的選取
3.1PLC的選取
設備需要的輸入輸出信號如下：
x0脈沖輸入
x1脈沖輸入
x2前限位
x3后限位y3前進!
x4前減速位y4后退
x5電機運轉信號y5高速
x6刀上位y6中速
x7滑刀保護y7低速
x10壓紙器上位y10
x11光電保護y11
x12小車后位y12進給離合
x13雙手下刀按鈕y13壓板下
x14停止按鈕y14刀離合
x15連桿保護y15電機禁啟動
x16刀回復到位
針對這些必需的輸入點數(shù)，選用了FX1s-30MR的PLC，因為選用了人機界面，其它一些手動動作，如前進、后退、換刀等都通過人機界面實現(xiàn)，不需占用PLC輸入點，從而為選用低價位的FX1s系列PLC成為可能，因為FX1s系列PLC輸入點最多只有16點。另外此系列PLC的高速計數(shù)器具有處理頻率高達60千赫的脈沖的能力，足可以滿足切紙機對精度的要求。
PLC=ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業(yè)控制的核心部分。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC.但是為了避免與個人計算機(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC，plc自1966年美國數(shù)據設備公司(DEC)研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。
3.2編碼器的選取
編碼器的選取要符合兩個方面，一是PLC接收的最高脈沖頻率，二是進給的精度。我們選用的是編碼器分辨率是500P/R(每轉每相輸出500個脈沖)的。通過驗正可以知道此分辨率可以滿足上面兩個條件。驗證如下：
本系統(tǒng)脈沖最高頻率=25轉/秒×500個/轉×2(A/B兩相)=25KHz
理論進給分辨率=10mm/500=0.02mm
同時由上面的數(shù)據知道進給系統(tǒng)每走1mm編碼器發(fā)出50(此數(shù)據很重要，在PLC程序的數(shù)據處理中要用到)個脈沖信號。由于此工程中對編碼器的A/B相脈沖進行了分別計數(shù)，使用了兩個高速計數(shù)器，且在程序中應用了高速定位指令，則此PLC可處理的最高脈沖頻率為30千赫，因此滿足了第一個條件;我們的切紙機的載切精度要求是0.2mm，可知理論精度完全滿足此要求。
3.3變頻器和HMI的選取
這兩個部件我們都選用了三菱公司的產品，分別是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C.
4、F920GOT-BBD-K-C的特點：
F920GOT是帶按鍵型的HMI，它的使用和編程非常簡單方便。它具有以下特點：1)可以方便的實現(xiàn)和PLC的數(shù)據交換;2)通過本身自帶的6個功能按鍵開關，可以控制PLC內部的軟繼電器，從而可以減少PLC輸入點的使用;3)具有兩個通訊口，一個RS232C(用于和個人電腦通訊)和一個RS422(用于和PLC通訊)，利用電腦和F920GOT相連后不僅可以對HMI進行程序的讀取和上傳，還可以直接對PLC的程序進行上傳下載、調整和監(jiān)控。
5、PLC和HMI程序的編寫
此工程中程序的難點主要在于數(shù)據的處理上。在切紙機工作過程中除手動讓進給定位機構前進后退外，還要實現(xiàn)等分裁切功能和指定具體位置定位功能，并且HMI上還要即時顯示定位機構的當前位置。我們?yōu)榱撕喕绦蛑械挠嬎?，采用了兩個高速計數(shù)器C235和C236.C236通過計算前進后退的脈沖數(shù)，再進行換算后用于顯示進給機構的當前位置;C235用于進行精確定位。定位過程是這樣的，每次進給機構需要定位工作時，通過計算把需要的脈沖數(shù)送到C235，不論進給機構前進還是后退C235進行減計數(shù)，同時對C235中的數(shù)值進行比較，根據比較結果驅動相應的輸出點對變頻器進行輸出頻率的控制，實現(xiàn)接近設定值時進給速度變慢，從而達到精確定位。因為任何系統(tǒng)都有慣性和時間上的遲滯，所以變頻器停止輸出的時間并不是C235中的計數(shù)值減小到0時，而是讓C235和一個數(shù)據寄存器D130比較，當C235中的值減小到D130中的設定值時PLC控制變頻器停止輸出。D130的值可通過人機界面進行修改和設定，在調試時通過修改這個值，以達到定位準確的目的。
還有一個問題是參數(shù)設定時的小數(shù)點位問題，實際工作中在設定位置時要精確到0.1mm.這個問題在一些單片機系統(tǒng)中常會遇到，常見的處理辦法是加大一個數(shù)量級，就是設定數(shù)據時，在人機界面上用1代替0.1mm，10代替1mm.不過我們在處理此問題時通過HMI中對數(shù)據的設置和PLC的程序編寫達到了所見即所得的效果。HMI中主要是對數(shù)值的格式要設定好。HMI中的設置畫面見下圖。
比如我要等分裁切10.5mm的紙，就可以在HMI上設定為10.5，而不是像我公司其它設備上要設為105，但PLC的寄存器D128的內容是105而不是10.5，這樣在計算需要的脈沖數(shù)時就要用下面一條命令：
MULD128K5D10(此命令中盡管編程時D11不出現(xiàn)但實際上寄存器D11被占用，不能再應用于其它地方，否則會出現(xiàn)問題。)
而不是用：
MULD128K50D10
編程中其它應注意的問題。一是雙線圈問題。本工程中利用條件跳轉和步進指令避免了雙線圈問題。二是誤信號問題。編碼器是一種比較精密的光電產品，受振動時不可避免的會出現(xiàn)誤信號，而切紙機在執(zhí)行裁切動作時會造成很大振動，如果忽視這個現(xiàn)象，定位精度和執(zhí)行機構當前位置的顯示都會不準確。本工程中處理方法參見上面例子程序圖1，只有Y3、Y4接通，即只有進給機構前進和后退時才讓C236進行計數(shù)，這樣就屏蔽了裁切時震動造成的誤信號。
6、變頻器的參數(shù)設置
此工程中需設定的變頻器的主要參數(shù)見下。
參數(shù)號名稱設定值
0轉矩提升8%(低速時電機轉矩不足時可提高此數(shù)字)
43速設定(高速)30Hz
53速設定(中速)10Hz
63速設定(低速)2Hz
7加速時間0.5s
8減速時間0.5s
24多段速設定(4速)50Hz
79操作模式2(只執(zhí)行外部操作)
在調試過程中為了達到定位速度和精度的完美結合，應對三段速設定值，加減速時間和HMI中D130、D200和D202的數(shù)值進行相應調整。
7結論
通過上述的改造過程，完全恢復了我們切紙機的功能，試用三個月以來運行非常穩(wěn)定。由這個應用實例可以看出結合PLC的高速計數(shù)器功能，合理的進行應用，在一定場合可以取代高成本的定位控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)最優(yōu)的性價比。也迎合了我國當前提出的建設節(jié)約型社會的宗旨。
（轉載）
