英威騰 PLC 系統(tǒng)方案： 瓦楞紙箱機(jī)械行業(yè)的幕后“英雄”

　　瓦楞紙產(chǎn)線猶如一條精密運(yùn)作的“流水線”，將一卷卷 原紙巧妙轉(zhuǎn)化為各式瓦楞制品，其中最常見(jiàn)的便是瓦楞紙 箱。這一過(guò)程分兩大核心階段：濕部聚焦瓦楞紙成型，通過(guò) 接紙機(jī)、單面機(jī)、糊附機(jī)、雙面機(jī)等設(shè)備，讓原紙逐步“蛻 變”;干部則負(fù)責(zé)精細(xì)化加工，縱切機(jī)精準(zhǔn)分割，橫切機(jī)按 需裁切，龍門堆垛機(jī)高效碼放，其中，橫切機(jī)是產(chǎn)線的核心 工藝設(shè)備，它決定了產(chǎn)線的最大生產(chǎn)效率。

　　1 項(xiàng)目背景

　　在某瓦楞紙箱橫切機(jī)項(xiàng)目中，對(duì)控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用需 求如下：

　　· 切割幅寬大，電機(jī)功率大，單電機(jī)難以拖動(dòng)，需多電 機(jī)對(duì)拖;

　　· 切割精度、速度要求高，需專用算法電子凸輪;

　　· 橫切工位震動(dòng)大、主軸編碼器波動(dòng)大，橫切精度低。

　　為了解決這些問(wèn)題，該企業(yè)決定引入英威騰PLC控制系 統(tǒng)方案，以期實(shí)現(xiàn)橫切機(jī)的高效智能化升級(jí)。

　　2 設(shè)備原理

　　橫切機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)與電子控制系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn) 紙板的精準(zhǔn)裁切。其核心原理包括：

　　· 送紙與測(cè)量：進(jìn)紙輥驅(qū)動(dòng)紙板以恒定速度移動(dòng)，測(cè)量 輪(或編碼器)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紙板位移，將長(zhǎng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信 號(hào)反饋至控制系統(tǒng);

　　· 刀軸驅(qū)動(dòng)：上下刀軸由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪或同 步帶實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。刀軸線速度需與紙板移動(dòng)速度精確匹 配，確保切口平整;

　　· 剪切執(zhí)行：當(dāng)紙板達(dá)到預(yù)設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，控制系統(tǒng)觸發(fā)刀 軸旋轉(zhuǎn)，刀具在同步角內(nèi)完成切紙動(dòng)作，隨后刀軸復(fù)位等待 下一次剪切(如圖1)。

圖1瓦楞紙箱橫切機(jī)工藝流程步驟圖

　　3 英威騰瓦楞紙箱橫切機(jī)控制系統(tǒng)方案介紹

　　3.1 重點(diǎn)與難點(diǎn)

　　(1)切割幅寬大，電機(jī)功率高，需多電機(jī)對(duì)拖

　　· 大幅寬(如≥2.5m)切割時(shí)，刀軸易因自重與扭矩不 均導(dǎo)致形變，影響切割精度;

　　· 高功率電機(jī)(如≥60kW)啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沖擊電 流，對(duì)電網(wǎng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)造成沖擊;

　　· 多電機(jī)對(duì)拖需實(shí)現(xiàn)扭矩均衡分配，避免因負(fù)載不均導(dǎo) 致電機(jī)過(guò)載或機(jī)械損傷。

　　(2)切割精度、速度要求高，需專用算法電子凸輪

　　· 高速切割(如≥250m/min)時(shí)，切割紙張精度誤差控 制在±0.5mm;

　　· 電子凸輪算法需實(shí)時(shí)計(jì)算刀軸相位，避免因計(jì)算延遲 導(dǎo)致切割偏差。

　　(3)橫切工位震動(dòng)大、主軸編碼器波動(dòng)大，影響橫切 精度

　　· 切割瞬間沖擊力導(dǎo)致機(jī)架震動(dòng)，編碼器信號(hào)出現(xiàn)波 動(dòng)，反饋至控制系統(tǒng)引發(fā)誤差累積;

　　· 震動(dòng)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合，可能引發(fā)共振，加劇精度 下降。

　　3.2 解決思路

　　(1)整合機(jī)械結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)控制，解決形變與多電機(jī)協(xié) 同問(wèn)題。系統(tǒng)采用對(duì)稱刀軸支撐與預(yù)緊力裝置增強(qiáng)剛性; 電 機(jī)矢量控制實(shí)現(xiàn)低速大扭矩，多電機(jī)通過(guò)功率平衡、扭矩分 配技術(shù)，確保動(dòng)力均衡，同時(shí)配置能量回饋單元回收制動(dòng) 能，兼顧效率與穩(wěn)定性。

　　(2)通過(guò)算法與硬件協(xié)同提升動(dòng)態(tài)控制精度?；跁r(shí) 間基準(zhǔn)的電子凸輪算法同步刀軸與主軸，前饋控制補(bǔ)償慣 性;硬件選用23位編碼器與高性能FPGA/DSP，提升響應(yīng)與 檢測(cè)精度。結(jié)合空氣彈簧減震、動(dòng)平衡刀軸及振動(dòng)補(bǔ)償算 法，動(dòng)態(tài)消除噪聲并調(diào)整位置，保障高速精度。

　　3.3 控制系統(tǒng)架構(gòu)

　　英威騰瓦楞紙箱橫切機(jī)控制系統(tǒng)方案采用了先進(jìn)的TP系 列運(yùn)控型控制器、DA200 EtherCAT總線伺服驅(qū)動(dòng)器、Flex系 列IO、GD350A系列變頻器以及VS-Q系列觸摸屏等設(shè)備，通 過(guò)大功率伺服雙驅(qū)拖動(dòng)、功率平衡技術(shù)、驅(qū)動(dòng)內(nèi)置橫切專用 電子凸輪等功能，提高切割精度和效率，減少紙張浪費(fèi)，系 統(tǒng)架構(gòu)如圖2、圖3所示。

　　3.4 參數(shù)配置與調(diào)試

　　在系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)配置和調(diào)試工 作，技術(shù)人員通過(guò)程序自動(dòng)校驗(yàn)參數(shù)合理性，建立產(chǎn)品規(guī)格 與參數(shù)映射庫(kù)，實(shí)現(xiàn)快速切換;對(duì)插刀、升降、承接等部件 進(jìn)行多軸同步校準(zhǔn)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，結(jié)合激光位移傳感器實(shí) 時(shí)補(bǔ)償，將裁切誤差控制在±0.2mm，最終保障設(shè)備高精度 穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3.5 生產(chǎn)運(yùn)行與監(jiān)控

　　橫切機(jī)系統(tǒng)上線后，設(shè)備運(yùn)行速度穩(wěn)定在150m/min(常 規(guī)工況)，高速模式下可達(dá)250m/min，充分適配企業(yè)高效生 產(chǎn)需求。操作人員可通過(guò)人機(jī)交互觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控主軸轉(zhuǎn)速、 切割精度、電機(jī)負(fù)載等核心參數(shù)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整切割長(zhǎng)度、壓力 值等工藝參數(shù)，同時(shí)支持故障代碼快速定位與遠(yuǎn)程診斷。

　　4 客戶收益

　　· 提效創(chuàng)利：通過(guò)優(yōu)化控制算法和硬件配置，英威騰PLC 系統(tǒng)方案顯著提升了產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，800mm以上紙最高 加工效率350m/min，增強(qiáng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力;

　　· 品質(zhì)提升：遠(yuǎn)端編碼器避開(kāi)橫切震動(dòng)區(qū)保證切割精 度，遠(yuǎn)端無(wú)料時(shí)，平滑切換至近端編碼器，保證全流程可橫

　　切，減少紙張浪費(fèi)，保證全流程可橫切，減少紙張浪費(fèi)，成 品造型美觀，提升了客戶滿意度;

　　· 降低運(yùn)維成本：橫切刀大幅寬出力均勻，減少刀輥扭 力，提高刀輥機(jī)械壽命，遠(yuǎn)程運(yùn)維功能和便捷的調(diào)試工具減 少了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)時(shí)間和成本，提高了設(shè)備的整體可用性。

圖2英威騰瓦楞紙箱橫切機(jī)控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

　　5 案例意義

　　英威騰瓦楞紙箱橫切機(jī)PLC系統(tǒng)方案完全滿足橫切機(jī)生 產(chǎn)線快速精準(zhǔn)定位和高速生產(chǎn)的要求，不僅提升生產(chǎn)效率和 質(zhì)量，還降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，為客戶贏得了市場(chǎng)和口碑， 增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　英威騰深耕印包行業(yè)多年，在生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品性能上不 斷實(shí)現(xiàn)迭代升級(jí)，其變頻器、伺服系統(tǒng)等核心產(chǎn)品不僅被廣 泛應(yīng)用于裁切設(shè)備領(lǐng)域，更深度滲透至包裝材料復(fù)合、高速 貼標(biāo)、智能印刷等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，通過(guò)綠色、低碳技術(shù)與數(shù) 字智能技術(shù)的深度融合，為印包企業(yè)提供高效節(jié)能、精準(zhǔn)可 控的可靠解決方案，助力客戶在競(jìng)爭(zhēng)加劇的市場(chǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn) 降本增效、品質(zhì)躍升，搶占行業(yè)先機(jī)。