横剪板材的真空堆垛控制

摘 要： 　　本文介绍Frohling公司横剪机列的真空吸附堆垛原理，说明堆垛控制的方法与要点，以及如何消除干扰，保证堆垛正常运行。 关 键 字： 横剪 真空 堆垛 　　瑞闽铝板带公司从德国Frohling公司引进的横剪机列，采用世界先进的滚筒式剪切和真空吸附堆垛。该机列可剪切成品厚0.2-2.0mm,宽度500-1600mm,长度500-3000mm的板片，长度精度可控制在±0.3mm以内。该机列所特有的真空堆垛系统利用真空进行板材的堆垛，完全地避免了板材在堆垛过程中所发生的损伤/划伤，保证板材的表面质量。 一．堆垛系统的组成 　　堆垛系统主要由板材输送带、真空传送带、抽真空电机、真空腔、端部检测光电传感器及2个堆垛小车组成。（见图1） 　　真空传送带宽度1600mm,有效宽度为1500mm,传动辊与从动辊之间的理论长度为10160mm, 真空传送带上面均匀分布有 1116个真空吸盘，每个真空吸盘的直径为120mm。通过直流电机的带动，真空传送带在真空腔中运行，把吸附的板材传送到垛板台上方。 　　真空腔分为21个区，其中有3个区为过渡区，另外18个区分为两组，与两个堆垛台对应，如图2。这18个区分别由18个真空气阀控制，其中每组的1#、2#、3#、4#区的长度为250mm,5#、6#、7#、8#、9#区的长度为610m 　　在真空传送带的从动辊上装有一个500ppr的编码器，通过该编码器测量真空传送带的的运行速度和板材的运行距离。编码器把测量的值送到相连的脉冲计数模块,通过Reliance 公司AUTOMAX PLC控制真空气阀的释放。 　　 　　真空传送带的下方（G1区），1#堆垛台的前方有一个光电传感器F用于检测带材端部，如图1。 　　真空泵电机通过交流变频器控制，可调整真空吸力，在真空吸盘处形成大约-20mbar的压力。 　　堆垛系统的电气控制示意图，如图3 二.堆垛控制的目的 　　堆垛控制就是通过真空传送带把板材运送到相应的垛台上,然后释放真空气阀,使带材落到垛板小车上.由于是在真空带运行中实现堆垛的,必须考虑运行的速度、带材的厚度、带材的长度等,对真空气阀释放的时间、释放的区域进行控制。 三.实现的方法 　　通过脉冲计数模块请求中断，对真空带运行速度进行采样，同时计算板材所走的距离，根据真空带运行速度及板材的厚度、长度，控制板材的堆垛。控制流程图见图4。 四．脉冲计数模块的设置 　　脉冲计数模块有8个寄存器，其中0#、1#寄存器为计数存储器，2#寄存器为刷新周期存储器，3#、4#寄存器为比较寄存器，5#为中断状态控制寄存器，6#为模式定义寄存器，7#为模块状态寄存器。我们必须对5#中断状态控制寄存器进行设置。如表1 表1.中断状态控制寄存器控制字定义 中断周期为22ms，存储在2#寄存器，变量名为TIMER4%，使用1#计数存储器存储编码器的脉冲数，变量名为LOW_COUNTER4%。 五．速度修正 　　不同厚度的板材，在抛落过程中，其空气阻力是不同。较薄的板材相对空气阻力较大，板材下落时间较长，横向运行距离较长；较厚的板材相对空气阻力较小，板材下落时间较短，横向运行距离较短。同时，同样厚度的板材，速度不同，所受的阻力也不一样。所以必须根据板材的不同厚度、不同速度对气阀释放区进行修正。 　　在程序中，把板材分为3类：第一类厚度小于0.5mm；第二类厚度大于0.5mm，而小于1.2mm；第三类厚度大于1.2mm。三类板材的速度修正曲线分别如图5中的曲线A1、曲线A2、曲线A3。其中X轴为速度，4095相对于150米/分，Y轴为修正值（程序中变量名位VB_off%），根据修正值确定气阀的释放区。Y值小于310时，释放4#区气阀；Y值大于310而小于620时，释放4#、3#区；Y值大于620而小于930时，释放4#、3#、2#区；Y值大于930时释放4#、3#、2#、1#区。 六．长度修正 　　根据板材长度决定5#、6#、7#、8#、9#区气阀是否释放。板材长度<610mm, 释放5#区气阀； 610mm<板材长度<1220mm, 释放5#、6#区气阀; 1220mm<板材长度<1830mm, 释放5#、6#、7#区气阀; 1830mm<板材长度<2440mm, 释放5#、6#、7#、8#区气阀; 板材长度>2440mm, 释放5#、6#、7#、8#、9#区气阀。 结合速度修正和长度修正，确定实际气阀的释放区。 七．速度修正、长度修正的程序框图,如图6 　　图中dick%-板材厚度，len%-板材长度，vb_spd%为速度，spd_c1%、spd_c2%、spd_c3%与图5板材速度修正曲线A1、A2、A3相对应。 Selector功能块是把se端为1的所有输入端IN的值相加。 八．板材释放的时间控制 　　通过数组方式储存板材的数据，每次中断时最多可记录30片板材的数据（超过30片，再从1开始）。当光电传感器F检测到第1片板材端部后板材数组加1，把中断周期该片板材所走的距离dist_mm%加入W （1）中；每次中断后W（1）加上该次中断所走的距离dist_mm%;当光电传感器F检测到第2片板材端部后板材数组再加1，把中断周期该片板材所走的距离dist_mm%加入W（1）、W（2）中；其后，每次中断后W（1）、W（2）都加上该次中断所走的距离dist_mm%......当W(n)值>=垛台前沿位置BT+板材长度L-减去速度修正值Y时，释放该片板材。对于1#垛台，BT1值为1430，对于2#垛台BT2值为6580。BT值其实就是检测光电传感器F与相应垛台的距离。 九．气阀及气阀控制模块的动作特性 　　真空气阀与相应的真空腔相连，正常情况下，真空气阀不动作，真空腔封闭，形成负压，对板材形成吸力。真空气阀动作时，气阀旁通，真空腔与大气相连，负压消除，释放板材。真空气阀的动作包括三个时段，如图7 ： 　　其中第一时段为旁通开始，气阀线圈施加直流48V、额定8.9A电流，时间约为38ms; 第二时段为旁通保持，气阀线圈施加直流12V、额定2.2A电流，时间约为40ms;第三时段为恢复，靠气阀的弹簧返回，时间约为22 ms。 　　气阀控制模块特性与气阀的动作要求相适应，其时间反应如图8： 　　其中TA为吸合时间，TH为保持时间，TA、TH以及保持电流IH可通过气阀控制模块上的电位器调节。 十．抗干扰 　　光电传感器F能否正确检测板材端部，决定了板材行走距离计算是否正确，直接影响板材的释放。板材表面的色斑、污油渍，真空带表面粘有的铝粉，以及在运行中板材端部的抖动等因素都会干扰光电传感器对板材端部的检测，引起板材释放的混乱。为了去除这些干扰，必须对检测信号进行过滤。 　　程序的实现是通过两个计时器cnt_f1%和cnt_f2%。当F信号由0-1时，cnt_f1%开始计时，如cnt_f1%大等于cnt_t1%,F信号为1，则产生检测端部信号LP@;当F信号由1-0时，cnt_f2%开始计时，如cnt_f2%大等于cnt_t2%,F信号为0，则检测端部信号LP@变为0。程序时间响应如图9。 　　在1995年安装调试完毕时，并没有过滤干扰信号的功能，使用一段时间后，出现堆垛混乱的现象，经过工程人员仔细观察，对程序进行修改，这种现象才得到改善。 十一．总结 　　真空堆垛是一种比较先进的板材堆垛方式，但为了保证堆垛的正常运行，提高了堆垛的稳定性，必须对真空堆垛的原理进行了解。应该说真空堆垛具有其控制的模糊性和鲁棒性，首先不同厚度的板材速度修正曲线是通过经验积累得到的，固然有其内在的规律，但却不是通过公式可以推导出来的；其次，随着板材的不断吸附和释放，真空带传动直流电机的负载及电机的速度也不断的变化，但这并不影响堆垛的精度。真空堆垛的关键在于板材抛落时间的把握和堆垛区域的控制，通过累计中断周期板材的运行的距离控制抛落时间，通过不同厚度板材速度修正曲线和长度修正控制堆垛区域，从而实现板材的真空堆垛。