1、 文章編號:1002-6886(200805-0025-03薄刀式分切壓痕機控制系統的設計劉進志,任杰,李申山(石家莊鐵道學院機械工程分院,河北石家莊050043作者簡介:劉進志(1972-,男,河北省石家莊市人,碩士研究生,現在石家莊鐵道學院從事教學工作,發表論文10余篇,其中核心期刊以上6篇,獲得省級科技進步一等獎1項,省級科技進步三等獎1項。收稿日期:2008-5-23摘要:薄刀式分切壓痕機是生產包裝紙箱所用瓦楞紙生產線中重要的設備,其產品的質量主要是由設備的控制系統優劣決定的。由于傳統分切壓痕機使用繼電器-接觸器的控制系統,存在諸多缺點,我們設計了基于PLC 的控制系統。首先分析了薄刀

2、式分切壓痕機的工作原理及工藝過程,其次進行了控制系統硬件和軟件的設計。實踐證明:這種控制系統克服了傳統控制系統的缺點,從而提高了紙板的整體質量,特別是對包裝紙箱生產線上后序印刷質量帶來了較大的提高。關鍵詞:薄刀式分切壓痕機 繼電器 接觸器控制 可編程控制器控制 梯形圖中圖分類號:T B486+.1 文獻標識碼:BThe Design of Control System on Th in Cutting &Cre asing MachineLIU Jinzhi,REN J ie,LI ShenshanA bstract:Cutting &Creasing Machine is an import

3、ant equipm ent for production line of producing Corrugated Paper w hich is used for Packaging Box,t he product quality is decided mainly by the control system of equipment.As traditional Cutting &Creasing Machine used Relay contact control system,which has many shortcomings,the control syst em wit h

4、 PLC is designed.First the working principle and t he technological process of Cutting &Creasing M achine is analyzed,then hardware and software of cont rol syst em is designed.T he fact proves:this kind of control system overcomed t he shortcom ing of t radional control sys t em,improved the cardbo

5、ard s overall quality,especially the printing quality of the packaging production line.Keyw ords:cut ting &creasing machine,relay contact control,PLC control,ladder shaped picture0 引言切紙機是一種紙張加工設備,它廣泛應用于印刷業、包裝業、特種行業和加工業等十多個相應行業,并逐漸成為這些行業不可缺少和替代的特殊和關鍵設備。隨著媒體和包裝等行業的迅速發展,切紙機銷量已占印刷機械年總銷量的5.5%。正是如此在造紙行業中對

6、切紙機的技術要求越來越高。過去傳統的切紙機采用的是繼電器-接觸器方式的控制系統,若控制要求發生變化,則控制柜中的元器件和接線都必須作相應的改變。這種控制系統一方面耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢,另一方面也給設備的改造升級帶來了很大的不便?；诖?人們開始采用PLC 、工控機等新型電子器件設計切紙機的控制系統。如在文獻1中陳景文利用西門子RS485協議格式,實現PLC 與艾默生TD3000矢量變頻器的通訊,完成切紙機速度鏈控制等功能,克服了原始系統車速低,控制誤差大等缺點,提高了傳動系統控制精度。在文獻2中岳明君利用PLC 和變頻器設計了切紙機的控制系統,實現了兩個速度按設定比例運行,保證

7、切紙機切出定長的紙張。本文采用PLC 設計了切紙機壓痕、涂膠、分切和磨刀部分的控制。1 薄刀式分切壓痕機的工作原理薄刀式分切壓痕機是生產包裝紙箱所用瓦楞紙生產線中重要的設備,其瓦楞紙生產流程如圖1所示,放卷控制和傳送帶控制等無關部分在圖中未畫出。整個過程分為開卷,壓痕,涂膠,粘合,烘干,分切和磨刀七個部分,整個的實際控制系統十分復雜,本文主要研究它的壓痕、涂膠、 分切和磨刀的控制。其工作原理:開機后開卷機軸開始轉動,把紙板裝好后,再開壓痕軸電機和分切軸電機,同時涂膠裝置,烘干裝置也開始運行。在運行過程中壓痕輥的線速度要和送來紙板的線速25 設計 研究 分析度保持一致,即與主軸開卷機軸的線速度相

8、等。由于開卷機的速度是可調的,所以用測速機檢測主軸的速度,把檢測到的電壓輸入到PLC,經過處理后再用變頻器驅動控制壓痕輥的速度,同樣分切裝置軸的轉速也要根據送來紙板的速度進行調整,所以分切裝置軸的驅動也要采用變頻器驅動。分切裝置上的分切刀片在分切一段時間后會變鈍,磨刀裝置對刀片進行磨削銳化,磨刀分為手動磨刀和自動磨刀兩種方式,自動磨刀時PLC會根據主軸的速度和分切軸的轉速調整它的磨刀間隔時間。在生產的過程中紙板的輸送會發生跑偏,影響分切的質量,所以紙板在輸送過程中要隨時進行糾偏,糾偏的方式有手動和自動兩種方式,自動糾偏時,在工作臺的兩邊設有光點開關檢測輸送的紙板是否發生跑偏,PLC會根據檢測的

9、結果隨時對其進行跟蹤糾偏。如果在機器的運行過程中涂膠裝置的膠將要用完, PLC會根據檢測到的信號停止主軸電機的運行,同樣如紙板已經加工完,PLC也會根據檢測到的信號停止主軸電機的運行。2 PLC控制系統的硬件設計3,42.1確定輸入輸出點數根據系統的工藝過程和控制要求,確定系統所需要的輸入設備和輸出設備。該系統用到的輸入設備包括:按鈕、位移傳感器、光電傳感器、光電開關、限位開關、測速機等;輸出設備有繼電器、變頻器、電磁閥指示燈等。傳感器主要是將采集到的模擬信號通過A/D轉換設備變成數字量或開關信號輸入PLC,用來實時控制系統的工作;指示燈用來指示電機、閥等的工作狀態。具體統計出系統所需的輸入和

10、輸出點數分別為13點和8點。按照輸入和輸出點數,選擇三菱公司生產的PLC,其基本單元為:FX2N-48MR型號,DC24V輸入,輸入和輸出點數分別為24點。特殊功能模塊有模擬輸入模塊FX2N-4A D,它有四個輸入通道,工作電壓為24V,電壓輸入時分辨率為5m V;模擬輸出模塊FX2N-2DA,它有兩個輸出通道,工作電壓為24V,輸出信號為010V DC 時分辨率為2.5mV。2.2分配I/O點1分配I/O點PLC輸入輸出信號的功能和編號分別見表1、表2。2繪制I/O接線圖I/O接線圖如圖2所示。表1輸入信號名稱代碼編號糾偏工作方式選擇SA1X0左邊檢測光電開關SQ1X1右邊檢測光電開關SQ2

11、X2左邊限位開關SQ3X3右邊限位開關SQ4X4磨刀方式選擇SA2X5膠盒檢測開關SK4X10刀片一手動磨刀SB1X12刀片二手動磨刀SB2X13刀片三手動磨刀SB3X14刀片四手動磨刀SB4X15檢測膠盒中的膠是否用完SK5X16檢測紙板是否已加工完SK6X17表2輸出信號名稱代碼編碼分切裝置左移KM1Y0分切裝置右移KM2Y2磨刀一YV1Y4磨刀二YV2Y5磨刀三YV3Y6磨刀四YV4Y7主軸停機KM5Y12膠將用完指示燈KM6 Y153 PLC控制系統軟件設計對PLC控制系統進行軟件設計時,首先弄清楚系統的工藝流程,然后對其進行系統任務分塊,分塊的目的就是把一個復雜的工程,分解成多個比較

12、簡單的小的任務,最后將每一個模塊之間的邏輯關系找到,將各個小的模塊聯系成一個有機的整體,這樣程序執行時可以按所設計的邏輯順序進行。(下轉第32頁求解拉格朗日系數。4找出支持向量SV ,求解分類超平面系數b,建立訓練樣本的最優決策超平面。 5識別x !根據式:f (x !=sgn li =1a iyiexp-|x !-x i |2/2 2+b求解新輸入數據x !的決策值,從而確定分類類型。根據上述分析,構造樣本集(x ,y,其中x 為特征參數,其維數為8,y 表示軸承故障情況,y =1表示無故障;y =-1表示存在故障。2.4結果的對比分析為了驗證該模型的實際效果,本文做了對比研究。因為BP 神

13、經網絡方法具有科學合理,能減少主觀因素的影響等優點,近年來被廣泛應用到技術創新績效評估中,表1對SV M 和神經網絡評估結果進行了比較。神經網絡采用三層BP 網絡,其中神經元激活函數為Sigm oid 函數,目標誤差為0.05,隱層個數為10。在診斷過程中,首先將外圈損壞、內圈損壞、滾珠損壞三種狀態統稱為故障狀態,采用兩種方法進行診斷,將400組樣本中的300組樣本作為訓練樣本,將剩下的100組數據作為測試樣本。表1中的錯誤率是將無故障的軸承判斷為有故障與有故障軸承判斷為無故障之和除以總樣本數得到。從表1可以看出,SVM 在測試樣本集中的準確率達到95%,識別能力明顯優于神經網絡模型的87%。

14、表1BP 神經網絡與S VM診斷精度的比較3 結論本文將SV M 應用到航空發動機滾動軸承故障診斷技術中,進行了實證研究,通過與BP 神經網絡的比較研究,發現SVM 具有擬和度高,分類簡單、有效,魯棒性強等特點,并且取得了很好的效果。為機械設備的故障診斷提供了一條新途徑。然而由于本文研究有限,還存在一些問題,比如核函數的優化,將兩類績效劃分推廣為多類劃分等,這些都是進一步研究的方向。參考文獻1肖健華,吳今培,楊叔子.基于SVM 的綜合評價方法研究J.計算機工程,2002,28(8:28 302張學工.關于統計學習理論與支持向量機J.自動化學報.2000,26(1:32 41.4江濤,李孟源.貨

15、車軸承段修在線故障診斷J.軸承,2002(2:22 24(上接第26頁3.1對系統進行分塊整個程序可分為下面幾個主要部分:程序初始化模塊,這個主要是設置PLC 的參數和特殊功能模塊的內部存儲器的參數;分切變頻器速度調整模塊;壓痕變頻器速度調整模塊;A/D 轉換和D/A 轉換模塊;磨刀時間調整模塊;自動磨刀模塊;手動磨刀模塊;移動糾偏模塊。3.2編寫梯形圖程序根據前面分配的I/O 地址和系統的分析,可以進行詳細的梯形圖的編寫。其中各個部分的參數設置如下:壓痕電機要求的速度為01500r/s,根據所選PLC 的輸出電壓為010V,所以其對應的數字量為04000。同樣分切電機的速度范圍3001200

16、r/s,對應的輸出電壓和數字量分別為28V 和8003200。磨刀間隔時間的范圍為5000m s10000m s,它與其分切速度3001200r/s 相對應,因此磨刀間隔時間范圍對應的數字為8003200。通過把檢測到的磨刀間隔時間數字量(D3和這個數字量范圍比較,最后做出調整得到合適的磨刀間隔時間。自動磨刀時,停止間隔時間到,則按順序分別對四片進行磨削,手動時,某一時刻只能磨一片刀。自動糾偏或手動糾偏時,相應機構移動的時間為2s,移動后停止的時間也為2s,再根據檢測結果移動電機進行處理,以防止機構抖動。4 結語針對采用繼電器-接觸器的分切壓痕機存在的一些缺陷和不足,我們設計了基于PLC 的控制系統,詳細闡述了它的硬件系統