切紙機智能控制高精度定位系統研究

張立明+車文春

本文介紹了一種切紙機智能控制高精度定位系統，闡述了系統的工作原理，運用了硬件的結構框圖和軟件的流程框圖，重點分析了系統硬件和軟件的工作過程，闡明了高精度定位、自動消除絲杠間隙、定位誤差補償、極限位置軟限位及高速運行低速定位等技術的功能應用，適用于切紙機的自動控制、高精度裁切及裁切生產線，有助于提高裁切精度和裁切效率。

切紙機是一種重要的裁切設備，廣泛應用于印刷、包裝行業，是印刷包裝企業必備的設備之一。在切紙機產品中，高裁切精度、高裁切速度、自動化程度以及正在發展的智能化成為其核心技術，市場及用戶對裁切技術提出了較高要求。切紙機的裁切定位體現在送紙器的定位精度上，其定位誤差按要求應在±0.025mm范圍內。目前，由于受到絲杠間隙、傳動誤差、裝配質量等因素影響致使切紙機送紙器定位很難達到要求的精度，而機械部分改進和提高難以滿足高裁切精度的要求，并且對裁切定位的運行速度和定位準確度也提出了新的要求。因此，研究切紙機智能控制高精度定位系統（以下簡稱“智能定位系統”）可以使裁切定位裝置快速準確定位，達到高精度高效率裁切的目的。

智能定位系統的工作原理和工作過程

智能定位系統可分為硬件和軟件兩部分，硬件與軟件相互結合，實現切紙機的智能控制與精確定位，下面詳細敘述其工作原理。

1.硬件部分的工作原理

硬件部分由中央處理器（CPU）、電源模塊、人機界面、驅動模塊、檢測模塊、計數模塊等組成，結構框圖如圖1所示。

電源模塊輸出雙路獨立直流電源，一路供系統內部CPU工作，另一路供外圍設備工作，使系統內部電源與外部電源相互隔離，提高系統的抗干擾性能。人機界面包括鍵盤和液晶顯示模塊，鍵盤輸入的數據（如裁切數據、設置參數等）或命令（如編程、定位、運行、刪除等）由CPU接收并處理；液晶顯示模塊顯示CPU發送來的送紙器當前位置、鍵盤輸入的數據及功能命令。驅動模塊包括變頻器、電機等，變頻器既與CPU相連，又與電機相連，CPU根據人機界面、檢測模塊、計數模塊的數據信息進行分析判斷，控制變頻器帶動電機執行相應的動作指令。檢測模塊包括壓紙器高點開關、刀床高點開關、送紙器限位開關等，CPU根據壓紙器高點開關、刀床高點開關、限位開關等輸入的信號電平確定送紙器將要執行的動作。計數模塊包括編碼器和分頻電路，編碼器的輸出脈沖信號A、B、Z分別與分頻電路的3個輸入端相連，分頻電路的輸出端與CPU的外中斷0、外中斷1、定時器0端口相連，通過編碼器輸出的脈沖信號經分頻電路分頻處理，傳輸給CPU運算來判斷送紙器的當前位置，確定送紙器的運動方向及運行速度。

2.軟件工作原理

智能定位系統的軟件包括主程序和中斷處理程序兩部分。系統上電后循環執行主程序，當絲杠帶動編碼器旋轉時，編碼器的輸出信號就會通過分頻電路分頻后進入CPU的外中斷端口產生中斷，執行中斷處理程序，當中斷處理程序執行完成后又返回主程序，繼續循環執行主程序。

主程序設計流程框圖如圖2所示，系統初始化完成后，按任意鍵，送紙器自動向后運行，當中央處理器CPU檢測到定時器T0端口的基準信號時，送紙器停止運行，系統置入基準數據。按P鍵可調用原程序或編輯新程序，調用原程序只需輸入程序號，按確認鍵即可；編輯新程序可通過調用空白程序進行編輯或刪除當前程序號中的程序，再進行編輯，輸入需要裁切的位置尺寸，按確認鍵即可。按下運行鍵，CPU判斷送紙器當前位置X與光標指示尺寸Y之間的關系，X與Y的關系有兩種情況：一是X>Y，若X>Y+30mm，送紙器高速向前運行；若Y+30mm>X>Y，送紙器低速向前運行至X=Y時停止運行；二是X≤Y，送紙器高速向后運行至X=Y時，送紙器由高速轉為低速繼續向后運行至X=Y+30mm時，送紙器改變方向并向前低速運行至X=Y時停止。CPU接收到裁切指令時，壓紙器壓紙，延時1s刀床向下裁切；當刀床完成裁切返回到高點時，CPU判斷壓紙器是否返回至最高點，當壓紙器回至最高點時，送紙器自動向前運行到下一刀設定尺寸位置。

中斷處理程序流程框圖如圖3所示，送紙器向后運行時，絲杠帶動編碼器旋轉，編碼器輸出脈沖信號A經分頻器分頻后送CPU的外中斷0端口產生中斷，執行中斷程序。進入中斷程序后，送紙器當前位置尺寸X+0.01mm（1個脈沖信號）與光標指示尺寸Y進行比較：X+0.01mm≤Y時，送紙器高速向后運行，YX-0.01mm>Y時，送紙器向前低速運行至X=Y位置停止運行。

智能定位系統的功能應用

①自動消除絲杠間隙功能：切紙機電機帶動絲杠、絲母螺旋副運轉，使送紙器做前后直線運動。切紙機運轉一段時間后絲杠與絲母之間會因磨損產生間隙，該間隙增大到一定程度時，會影響切紙機的裁切定位精度，需要采取措施做出相應的技術處理以消除該間隙。送紙器由后向前運行時，絲杠與絲母之間存在的間隙處于送紙器后側，這種情況下該間隙不影響送紙器的準確定位；送紙器由前向后運行時，絲杠與絲母之間存在的間隙處于送紙器前側，該間隙就會計入送紙器位置尺寸，使顯示數據與實際位置產生誤差，為了解決這個問題，通過軟件方式，使程序控制送紙器由前向后運行至設定值+30mm位置，再反向向前運行至設定值位置停止，將絲杠與絲母的間隙由送紙器前側轉換到后側，消除了間隙對定位的影響，保證高的裁切精度。