橫剪板材的真空堆垛控制
摘 要：
本文介紹Frohling公司橫剪機列的真空吸附堆垛原理，說明堆垛控制的方法與要點，以及如何消除干擾，保證堆垛正常運行。
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橫剪 真空 堆垛
瑞閩鋁板帶公司從德國Frohling公司引進的橫剪機列，采用世界先進的滾筒式剪切和真空吸附堆垛。該機列可剪切成品厚0.2-2.0mm,寬度500-1600mm,長度500-3000mm的板片，長度精度可控制在±0.3mm以內(nèi)。該機列所特有的真空堆垛系統(tǒng)利用真空進行板材的堆垛，完全地避免了板材在堆垛過程中所發(fā)生的損傷/劃傷，保證板材的表面質(zhì)量。
一．堆垛系統(tǒng)的組成
堆垛系統(tǒng)主要由板材輸送帶、真空傳送帶、抽真空電機、真空腔、端部檢測光電傳感器及2個堆垛小車組成。（見圖1）
真空傳送帶寬度1600mm,有效寬度為1500mm,傳動輥與從動輥之間的理論長度為10160mm, 真空傳送帶上面均勻分布有 1116個真空吸盤，每個真空吸盤的直徑為120mm。通過直流電機的帶動，真空傳送帶在真空腔中運行，把吸附的板材傳送到垛板臺上方。
真空腔分為21個區(qū)，其中有3個區(qū)為過渡區(qū)，另外18個區(qū)分為兩組，與兩個堆垛臺對應(yīng)，如圖2。這18個區(qū)分別由18個真空氣閥控制，其中每組的1#、2#、3#、4#區(qū)的長度為250mm,5#、6#、7#、8#、9#區(qū)的長度為610m
在真空傳送帶的從動輥上裝有一個500ppr的編碼器，通過該編碼器測量真空傳送帶的的運行速度和板材的運行距離。編碼器把測量的值送到相連的脈沖計數(shù)模塊,通過Reliance 公司AUTOMAX PLC控制真空氣閥的釋放?！?BR> 真空傳送帶的下方（G1區(qū)），1#堆垛臺的前方有一個光電傳感器F用于檢測帶材端部，如圖1。
真空泵電機通過交流變頻器控制，可調(diào)整真空吸力，在真空吸盤處形成大約-20mbar的壓力。
堆垛系統(tǒng)的電氣控制示意圖，如圖3
二.堆垛控制的目的
堆垛控制就是通過真空傳送帶把板材運送到相應(yīng)的垛臺上,然后釋放真空氣閥,使帶材落到垛板小車上.由于是在真空帶運行中實現(xiàn)堆垛的,必須考慮運行的速度、帶材的厚度、帶材的長度等,對真空氣閥釋放的時間、釋放的區(qū)域進行控制。
三.實現(xiàn)的方法
通過脈沖計數(shù)模塊請求中斷，對真空帶運行速度進行采樣，同時計算板材所走的距離，根據(jù)真空帶運行速度及板材的厚度、長度，控制板材的堆垛?？刂屏鞒虉D見圖4。
四．脈沖計數(shù)模塊的設(shè)置
脈沖計數(shù)模塊有8個寄存器，其中0#、1#寄存器為計數(shù)存儲器，2#寄存器為刷新周期存儲器，3#、4#寄存器為比較寄存器，5#為中斷狀態(tài)控制寄存器，6#為模式定義寄存器，7#為模塊狀態(tài)寄存器。我們必須對5#中斷狀態(tài)控制寄存器進行設(shè)置。如表1
表1.中斷狀態(tài)控制寄存器控制字定義
中斷周期為22ms，存儲在2#寄存器，變量名為TIMER4%，使用1#計數(shù)存儲器存儲編碼器的脈沖數(shù)，變量名為LOW_COUNTER4%。
五．速度修正
不同厚度的板材，在拋落過程中，其空氣阻力是不同。較薄的板材相對空氣阻力較大，板材下落時間較長，橫向運行距離較長；較厚的板材相對空氣阻力較小，板材下落時間較短，橫向運行距離較短。同時，同樣厚度的板材，速度不同，所受的阻力也不一樣。所以必須根據(jù)板材的不同厚度、不同速度對氣閥釋放區(qū)進行修正。
在程序中，把板材分為3類：第一類厚度小于0.5mm；第二類厚度大于0.5mm，而小于1.2mm；第三類厚度大于1.2mm。三類板材的速度修正曲線分別如圖5中的曲線A1、曲線A2、曲線A3。其中X軸為速度，4095相對于150米/分，Y軸為修正值（程序中變量名位VB_off%），根據(jù)修正值確定氣閥的釋放區(qū)。Y值小于310時，釋放4#區(qū)氣閥；Y值大于310而小于620時，釋放4#、3#區(qū)；Y值大于620而小于930時，釋放4#、3#、2#區(qū)；Y值大于930時釋放4#、3#、2#、1#區(qū)。
六．長度修正
根據(jù)板材長度決定5#、6#、7#、8#、9#區(qū)氣閥是否釋放。板材長度<610mm, 釋放5#區(qū)氣閥； 610mm<板材長度<1220mm, 釋放5#、6#區(qū)氣閥; 1220mm<板材長度<1830mm, 釋放5#、6#、7#區(qū)氣閥; 1830mm<板材長度<2440mm, 釋放5#、6#、7#、8#區(qū)氣閥; 板材長度>2440mm, 釋放5#、6#、7#、8#、9#區(qū)氣閥。
結(jié)合速度修正和長度修正，確定實際氣閥的釋放區(qū)。
七．速度修正、長度修正的程序框圖,如圖6
圖中dick%-板材厚度，len%-板材長度，vb_spd%為速度，spd_c1%、spd_c2%、spd_c3%與圖5板材速度修正曲線A1、A2、A3相對應(yīng)。
Selector功能塊是把se端為1的所有輸入端IN的值相加。
八．板材釋放的時間控制
通過數(shù)組方式儲存板材的數(shù)據(jù)，每次中斷時最多可記錄30片板材的數(shù)據(jù)（超過30片，再從1開始）。當光電傳感器F檢測到第1片板材端部后板材數(shù)組加1，把中斷周期該片板材所走的距離dist_mm%加入W
（1）中；每次中斷后W（1）加上該次中斷所走的距離dist_mm%;當光電傳感器F檢測到第2片板材端部后板材數(shù)組再加1，把中斷周期該片板材所走的距離dist_mm%加入W（1）、W（2）中；其后，每次中斷后W（1）、W（2）都加上該次中斷所走的距離dist_mm%......當W(n)值>=垛臺前沿位置BT+板材長度L-減去速度修正值Y時，釋放該片板材。對于1#垛臺，BT1值為1430，對于2#垛臺BT2值為6580。BT值其實就是檢測光電傳感器F與相應(yīng)垛臺的距離。
九．氣閥及氣閥控制模塊的動作特性
真空氣閥與相應(yīng)的真空腔相連，正常情況下，真空氣閥不動作，真空腔封閉，形成負壓，對板材形成吸力。真空氣閥動作時，氣閥旁通，真空腔與大氣相連，負壓消除，釋放板材。真空氣閥的動作包括三個時段，如圖7 ：
其中第一時段為旁通開始，氣閥線圈施加直流48V、額定8.9A電流，時間約為38ms; 第二時段為旁通保持，氣閥線圈施加直流12V、額定2.2A電流，時間約為40ms;第三時段為恢復，靠氣閥的彈簧返回，時間約為22 ms。
氣閥控制模塊特性與氣閥的動作要求相適應(yīng)，其時間反應(yīng)如圖8：
其中TA為吸合時間，TH為保持時間，TA、TH以及保持電流IH可通過氣閥控制模塊上的電位器調(diào)節(jié)。
十．抗干擾
光電傳感器F能否正確檢測板材端部，決定了板材行走距離計算是否正確，直接影響板材的釋放。板材表面的色斑、污油漬，真空帶表面粘有的鋁粉，以及在運行中板材端部的抖動等因素都會干擾光電傳感器對板材端部的檢測，引起板材釋放的混亂。為了去除這些干擾，必須對檢測信號進行過濾。
程序的實現(xiàn)是通過兩個計時器cnt_f1%和cnt_f2%。當F信號由0-1時，cnt_f1%開始計時，如cnt_f1%大等于cnt_t1%,F信號為1，則產(chǎn)生檢測端部信號LP@;當F信號由1-0時，cnt_f2%開始計時，如cnt_f2%大等于cnt_t2%,F信號為0，則檢測端部信號LP@變?yōu)?。程序時間響應(yīng)如圖9。
在1995年安裝調(diào)試完畢時，并沒有過濾干擾信號的功能，使用一段時間后，出現(xiàn)堆垛混亂的現(xiàn)象，經(jīng)過工程人員仔細觀察，對程序進行修改，這種現(xiàn)象才得到改善。
十一．總結(jié)
真空堆垛是一種比較先進的板材堆垛方式，但為了保證堆垛的正常運行，提高了堆垛的穩(wěn)定性，必須對真空堆垛的原理進行了解。應(yīng)該說真空堆垛具有其控制的模糊性和魯棒性，首先不同厚度的板材速度修正曲線是通過經(jīng)驗積累得到的，固然有其內(nèi)在的規(guī)律，但卻不是通過公式可以推導出來的；其次，隨著板材的不斷吸附和釋放，真空帶傳動直流電機的負載及電機的速度也不斷的變化，但這并不影響堆垛的精度。真空堆垛的關(guān)鍵在于板材拋落時間的把握和堆垛區(qū)域的控制，通過累計中斷周期板材的運行的距離控制拋落時間，通過不同厚度板材速度修正曲線和長度修正控制堆垛區(qū)域，從而實現(xiàn)板材的真空堆垛。
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