瓦楞紙單軸橫切方案

【引言】

我國是製造業大國，而包裝工業也隨著工業品的製造而迅猛發展。目前中國生產的瓦楞紙包裝製品、複合軟包裝、金屬桶、集裝箱、塑料編織袋等主要產量已居世界前列。中國包裝工業已經基本形成了一個以紙、塑料、金屬、玻璃、印刷、機械為主要構成，擁有一定現代化技術裝備、門類比較齊全的工業體系。

在包裝工業中，瓦楞紙的應用非常廣泛，幾乎所有的輕工業產品都會用到瓦楞紙板箱進行包裝，比如食品、飲料、煙草、電子產品及電器等。而橫切機是瓦楞紙板生產線末端的一個非常重要的環節，也是製造包裝盒之前的最後一個環節。因此，橫切機的性能是影響產品質量和產量的一個重要因素。同時，橫切機也是瓦楞紙板生產線中自動化程度較高的環節之一。

【行業背景】
出於對車速、廢品率和換單靈活性的要求，目前電腦橫切機得到了越來越廣泛的推廣。根據控制系統的不同，電腦橫切機有兩大類：
第一類是採用單片機和普通變頻器進行控制。在單片機中進行位置閉環，然後將速度指令發送給變頻器，從而驅動馬達與紙板的進給進行跟隨。其優點是成本低，但由於單片機對位置閉環控制的掃描週期較長，導致高速下的速度給定精度較低；同時普通變頻器的跟隨特性較差，無法完全跟隨給定，從而進一步帶來誤差。
第二類是採用專業運動控制系統和伺服驅動器進行控制。位置閉環直接由運動控制系統來控制。毫秒甚至是微秒級的運算週期可以保證高精度的位置給定；同時伺服系統出色的跟隨特性也能夠保證更高的精度。
將在本文中介紹的橫切方案，即是採用西門子運動控制系統及伺服驅動器的第二類方案。
【機械結構】
目前的瓦楞紙生產線中，橫切部分一般稱為橫切機台。通常，橫切機台只有一個刀輥馬達，而沒有主動進給部分。即使有進給馬達，也不會採用伺服驅動，而是採用普通變頻器來驅動。因此，瓦楞紙板的進給量需要由測量輥檢測後傳送給運動控制系統，通過同步或電子凸輪功能控製刀輥驅動器。

【系統配置】
下圖為採用西門子運動控制系統Simotion D410 及伺服驅動器Sinamics S120的系統配置圖。

配置圖中共包含以下組件：
●上位控制工控機作為人機界面，接收用戶的給定與設置，同時管理訂單，並與整線控制系統進行通訊；
●Simotion D410是西門子公司最新的單軸運動控制系統，與上位工控機之間通過標準工業以太網（D410 PN型）進行通訊：接收設置與訂單，並且實時將機器的狀態，如車速、電機電流、電機溫度等信息傳送給工控機進行處理或顯示；
●伺服驅動器Sinamics S120接收Simotion D410發出的位置指令，並且以125微秒為周期進行刀輥位置採樣，並進行位置閉環控制（當激活了動態伺服控制功能DSC時），驅動刀輥馬達運轉；
●外部編碼器安裝在測量輥上，用於檢測瓦楞紙板的進給量，作為電子凸輪的主軸位置值；
●當需要對瓦楞紙進行色標跟隨橫切時，可以將色標傳感器連接到Simotion D上的快速輸入點上。而Simotion D可以通過編程實現色標補償功能。
【性能指標及亮點】
根據機械部分及電機功率的不同，目前配備該方案的橫切機可以達到下面的性能指標：

●幅寬：1400 mm ~ 3300 mm 
●車速：120 m/min ~ 350 m/min 
●裁切長度：300 mm ~ ∞ 
●裁切精度：±1 mm
而該解決方案具有的性能亮點包括：
電子凸輪裁切； 
●五次多項式凸輪曲線，降低對機械系統的衝擊； 
●裁切時刀輥與材料同步，同步超速可調； 
●切長不停機更改，並且立即生效； 
●根據需要可以進行色標跟踪裁切。