基于PC平臺的旋轉模切機參數檢測系統設計

黃曉偉

(福建工程學院，福州 350118)

基于PC平臺的旋轉模切機參數檢測系統設計

黃曉偉

(福建工程學院，福州 350118)

隨著旋轉模切設備生產產品類別的不斷增加，在使用過程中需要經常性地調整各工作參數去適應不同產品的生產。為此，基于PC平臺，采用Delphi可視化程序開發工具開發了3工位旋轉模切機的參數檢測系統。該系統包括參數檢測系統及通訊試驗數據采集、實時監測系統，實現PC端與PLC數據的在線通訊，能方便、準確、簡單地對3工位旋轉模切機運作過程的工作參數進行檢測,為高效、優質的模切生產提供參數數據，同時為3工位旋轉模切機實現各運動部件同步控制的研究提供數據支撐。

模切機；數據采集；參數檢測

模切裝備目前已廣泛用于紡織、服裝、醫藥、包裝、手機/數碼產品附件、銅/鋁箔膜產品等許多行業[1-3]。模切設備在生產產品上的類別也越來越多，但是在使用過程中需要經常性地調整各工作參數去適應不同產品的生產，而工作參數對模切機的模切成品質量及自身運行起著重要的作用，但當前對模切過程參數的檢測還不夠成熟。

本文根據多工位旋轉模切機的運作特點及現場條件，確定系統所需檢測的參數信息，開發了參數檢測系統，能對旋轉模切機運作過程的工作參數進行檢測，為高效、優質的模切生產提供參數數據。

1 參數檢測系統需求分析

1.1 旋轉模切機主要技術指標要求

模切速度：0～50 m/min；最大收卷直徑：450 mm；定位精度：±0.1 mm；電源電壓：380 V±10%；急停后定位準確、穩定、可靠，可恢復生產；各收放卷模塊可通過控制面板改變收放功能和進行張力調節。

1.2 參數檢測系統的功能需求分析

參數檢測系統按照功能要求主要分為數據采集模塊、數據通訊模塊、數據分析模塊、數據顯示模塊、數據存儲模塊和數據讀取模塊。旋轉模切機通過采集模塊對運行工作中各個需要研究的參數進行檢測采集；數據通訊模塊通過串口通訊進行數據傳輸，對數據進行分析和存儲，完成系統實時監測，實現PC端與旋轉模切機PLC數據端口的在線通訊；數據顯示模塊通過設計主界面與各工位參數顯示界面實時顯示采集數據；數據存儲模塊存儲采集的參數，為后續數據讀取與回放提供支持；數據讀取模塊通過讀取存儲數據回放試驗參數，再現試驗場景。

2 參數檢測系統總體設計

2.1 旋轉模切機的工作原理分析

本文以創口貼的3工位醫用旋轉模切機為例，分析工作過程原理，明確參數檢測系統的設計對保證模切精度的重要性，實現三工位旋轉模切機各電機的同步控制，確定所需檢測的參數。

三工位醫用旋轉模切機工作示意圖如圖1所示。通過伺服電機輸出動力傳遞至機械傳動系統，驅動每個零部件和輥刀進行模切工作。工作原理是通過張緊裝置進行張力的調節，利用伺服電機帶動同步帶輪轉動，通過同步帶輪帶動氣漲軸轉動，使氣漲芯軸上的材料連續旋轉。材料經導料輥通過輥刀進行壓合、半切、全切等工序，完成一個工作流程，實現從材料到成品的連續工作過程，保證模切產品的質量。

2.2 參數檢測系統設計

為了實現旋轉模切機各電機的同步控制，需檢測的相關參數包括材料線速度、儲料機構的儲料開度、數字比例閥控制、材料的張力、材料完成產量及一些相關輸入量、輸出量的確定。通過滾輪編碼器確定材料的線速度，通過張力傳感器確定張力，通過色標傳感器確定產量。繪制電氣系統框圖(如圖2所示)，1工位張力控制系統示意圖如圖3所示。

3 參數檢測系統詳細設計及實現

3.1 開發工具的選用與介紹

本文基于PC平臺的3工位旋轉模切機參數檢測系統設計，為了能實時顯示旋轉模切機的各運行參數，故而需選擇一款開發軟件來實現數據通信與數據顯示及人機工控界面的制作。本文選擇面向對象的可視化程序Delphi作為開發軟件，該軟件具有大量的第三方組件，通用性好，開發效率高。串口通信采用TurboPower公司為Delphi可視化程序開發軟件提供的通信程序開發工具Apdcomport串口組件，應用程序使用Apdcomport串口組件控制串口，所有端口的訪問均可以調用Apdcomport中事件觸發的方法，通過編寫響應串行事件的代碼進行端口與端口之間的通信[4]。

圖1 3工位旋轉模切機工作示意圖Fig.1 Working diagram of the three-station rotary die cutting machine

圖2 電氣系統框圖Fig.2 Electrical system diagram

圖3 1工位張力控制系統示意圖Fig.3 Schematic diagram of the one-station tension control system

3.2 參數檢測系統功能模塊

參數檢測系統功能模塊如圖4所示。

圖4 系統功能Fig.4 Function diagram of the system

3.2.1 數據采集模塊

為了實現3工位旋轉模切機各電機的同步控制，PLC需要實現模切運作時的檢測功能，并通過PC發送采集命令。PLC向PC傳輸模切機運行工作中各個需要研究的參數。現場采集的數據如表1所示。

表1 現場采集的數據Table 1 Field data collection

3.2.2 數據通信模塊

采用 Delphi可視化程序開發軟件開發出基于PC平臺的相應串口通訊功能和系統人機界面，完成系統實時監測。實現PC端與PLC數據端口的在線通訊。數據通訊格式如表2所示。

表2 數據通訊格式Table 2 Data communication format

本設計基于ApdComPort控件的串口通信設計，為實現參數檢測系統的數據通信需預先設置ApdComPort控件的基本屬性，包括ComNumber屬性、Baud 屬性、Parity 屬性、DataBits屬性、StopBits屬性Open 屬性等[4]。根據實際要求設置ApdComPort控件的所需基本屬性，并通過Apdcomport控件中TriggerAvail事件進行對通信數據的處理，先將通信的數據存放到一個緩沖區，為后續操作做準備。

3.2.3 數據分析模塊

數據分析是需要對一幀數據進行判斷分析，當判斷1幀數據結束時，將1幀數據從緩沖區中讀取，并按數據通訊格式進行數據分析處理，如圖5所示。

3.2.4 數據顯示模塊

采用Delphi可視化程序開發軟件，設計參數檢測系統的主界面與各工位參數顯示界面，通過數據分析提取出對應的實際物理量實時顯示，如圖6所示。

圖5 數據分析模塊Fig.5 Data analysis module

圖6 數據顯示模塊Fig.6 Data display module

3.2.5 參數檢測系統數據回放功能

參數檢測系統的回放模塊將參數檢測系統試驗已存儲數據進行重新導入并分析顯示，為后期對實驗數據或者實驗結論的驗證提供平臺，通過回放模塊的設計可以讓實驗人員對試驗時的不確定因素進行重新觀察，也可以更詳細地分析某項參數的變化,對試驗結論的分析和數據處理具有巨大意義。數據回放功能模塊包括數據存儲模塊和數據讀取模塊。

1) 數據存儲模塊

回放模塊的實現需要進行原始數據保存的工作，當通過通訊口取得數據時，利用Delphi可視化程序開發軟件編寫存儲代碼，保存實驗數據。

2) 數據讀取模塊

當需要進行回放實驗讀取原始數據，并進行數據處理，包括數據分析和數據顯示，最終實現數據回放。

4 參數檢測系統測試

系統測試的主要內容是對參數檢測系統中的收放料電機轉速、材料輸送張力、材料的線速度、色標產量進行全面檢測測試，保證系統運行安全穩定。

在使用通訊模塊前，需要對PLC通訊模塊(QJ71C24N)進行通訊協議和其他開關設置，才能正常使用其功能。需要進行設置的內容包括動作設置、數據位設置、奇偶校驗位設置、奇數/偶數校驗、停止位設置、校驗代碼、RUN中寫入、設置更改、通訊速度設置、通訊協議設置以及站號設置，圖7為串口開關設置。

圖7 串口開關設置Fig.7 Serial switch settings

PLC通訊模塊(QJ71C24N)設置完成后，對參數檢測系統所有功能進行測試，完成對3工位旋轉模切機參數檢測系統設計對紙張線速度、儲料張力、儲料機構的開度、收放料電機的轉速、色標產量的檢測以及對通訊數據的處理分析，實現數據采集、數據通訊、數據分析、數據顯示、數據存儲和數據讀取功能。測試結果如圖8、圖9所示。測試結果能夠滿足需求分析要求，檢測系統通過測試。

圖8 人機工控主界面Fig.8 Operation interface of man-machine control

圖9 單個工位運行界面Fig.9 Operation interface of a single station

5 結束語

本文基于PC平臺、采用Delphi可視化程序開發工具研究3工位旋轉模切機的PC參數檢測系統，包括參數檢測系統及通訊試驗數據的采集、實時監測，實現了PC端與PLC數據的在線通訊和模切設備工藝參數的采集與回放，向試驗人員準確地提供了模切機狀態信息，為高效、優質的模切生產提供參數，同時為多工位旋轉模切機實現各運動部件同步控制的研究提供數據支撐。參數檢測系統能進一步揭示模切線速度以實現糾偏控制，使模切精度等工藝參數更適用于對柔性材料的定形，掌握柔性材料成型規律。

[1] 孫冬明,趙世英,孫建華,等.我國模切機的技術分析及發展策略研究[J].科技信息,2014(5):41.

SUN Dongming,ZHAO Shiying,SUN Jianhua,et al.Technical Analysis and Development Strategy Research of China’s Die Cutting Machine[J].Science & Technology Information,2014(5):41.

[2] 唐蕓.試論模切技術的應用與發展趨勢[J].科技創新導報,2014,11(21):86.

TANG Yun.Discussion on the Application and Development Trend of Die Cutting Technology[J].Science and Technology Innovation Herald,2014,11(21):86.

[3] 陳陽升,郭尚接,余富才.紙蚊香片模切機[P].中國:ZL201310149103.X,2015.06.24.

CHEN Yangsheng,GUO Shangjie,YU Fucai.Die Cutting Machine for the Paper Mosquito Repellent Incense[P].China:ZL201310149103.X,2015.06.24.

[4] 張世明.Delphi程序設計基礎[M].北京：電子工業出版社,2010.

ZHANG Shiming.Delphi Programming Foundation[M].Beijing:Electronic Industry Press,2010.

(責任編輯 劉 舸)

Parameter Detection System Design of Rotary Die-cutting Machine Based on the PC Platform

HUANG Xiao-wei

(Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China)

Due to the diversified product categories, the working parameters of the rotary die-cutting equipment have to be adjusted constantly to fit in with different categories in its producing process. Based on the PC platform, this research develops the parameter detection system for rotary die-cutting machines of three working stations by Delphi 7.0 visualization program, including parameter detection system design, data collection and real-time monitoring of communication experiment, so as to realize online communication between PC terminal and PLC data, and to detect the working parameters more conveniently, accurately, and simply in the process of running these machines. This system provides parameter data for efficient and high-quality die-cutting production, and for supporting the researches to realize synchronic control of each moving part for such machines.

die-cutting machine; data collection; parameter detection

2016-07-18

國家自然科學基金資助項目(51575110)；福建省自然科學基金資助項目(2015J01181)；福建省發改委2014產業技術聯合創新專項(FG20140514)

黃曉偉(1973—),男,福建晉江人,工程師, 主要從事自動控制技術、計算機應用技術研究，E-mail: 448108909@qq.com。

黃曉偉.基于PC平臺的旋轉模切機參數檢測系統設計[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(1):107-112.

format：HUANG Xiao-wei.Parameter Detection System Design of Rotary Die-cutting Machine Based on the PC Platform[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(1):107-112.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.01.017

TP274+.2

A

1674-8425(2017)01-0107-06