LE5128的色標捕捉及動態糾偏應用

★魏偉龍（北京和利時智能技術有限公司，北京 100176）

LE5128的色標捕捉及動態糾偏應用

★魏偉龍（北京和利時智能技術有限公司，北京 100176）

高速色標捕捉功能廣泛地應用在制袋機、不干膠貼標機、食品加工機械等定長裁斷場合。作為其核心產品——LE系列PLC（可編程控制器）則對整個裁切過程的可靠、安全及節能起著至關重要的作用。

色標捕捉；高速位置鎖存；動態糾偏；LE5128；

1 場景描述

LE5128在不干膠貼標機、小袋包裝機、印刷品后段定長裁斷等行業有著成熟的應用。這些機型有一個共同的要求，首先需要主軸帶動材料進行定長位移，在移動的過程中，外部色標傳感器檢測材料上的特定位置，控制器根據檢測的位置結果與理論位置進行對比分析計算后，得出當前移動的動態偏差，然后在主軸運動的過程中動態調整材料實際的到位位置，從而在保證高速運行效率的前提下，還能高標準保證每次的定長裁切的精度。

以不干膠貼標機為例，由于印刷完畢的不干膠標簽是整卷出廠的，因此需要裁成等長度的標簽以后才能供后續工段使用。LE5128工作處理過程如下：首先LE5128的高速脈沖輸出軸控制實際主軸電機開始做理想狀況下的梯形加減速運動，同時在LE5128內通過LATCH功能塊啟動色標捕捉功能；然后，在運動的過程中，當色標傳感器捕捉到特定區域的顏色變化后，LE5128內核FPGA能夠在納秒級別的運算速度下，高精度地捕捉到當前信號觸發時刻的脈沖輸出軸的脈沖輸出數值或當前實際測量用的編碼器信號，緊接著通過LATCH功能塊將鎖存的位置數據反饋給用戶程序，用戶程序根據鎖存值與理論位置進行對比分析計算后得出當前移動的動態偏差，最后實時修正MOVEABSOLUTE_M相對位移功能塊的脈沖數，使得傳動軸最終停在等距的位置；緊接著裁刀下落，完成整個定長裁斷的過程；然后傳送主軸繼續循環工作，進行下一次的裁斷。

2 產品優勢

目前市面上的小型PLC大部分都無法保證色標捕捉的精度，原因主要有兩點：一是色標捕捉的工作機制采用的是CPU中斷模式，受限于CPU的運算速度，其采集精度一般為毫秒級別，采集到的色標傳感器信號在主軸速度較低時能夠保證采集精度，但當速度提高后就會有較為明顯的偏差；二是很少有主流的小型PLC能實現位移指令的動態調整，無法對已經開始的運動在線修改其最終的到位位置，因而不能保證裁切料的精度。

LE5128定位于中高端運動控制領域，有著其他品牌小型PLC無法比擬的優勢：

（1）它的色標捕捉功能采用內置FPGA的高級功能算法，獨立于CPU的運行模式，采用硬件采集的方式能夠實現納秒級的色標捕捉，從而可以在保證精度的條件下大幅提高設備的加工效率。

（2）窗口過濾功能可以設定捕捉特定區域內的色標點，窗口外的信號不予捕捉，過濾掉在高速傳送過程中無效點的干擾。

（3）LE5128的定位功能塊可以動態修改目標軸的停止位置，進而提高裁斷工藝的精度。

（4）CPU本體集成了2路AI，2路AO信號，結構緊湊，如在貼標機生產線，需要用模擬量控制加熱棒的時候，無需額外擴展I/O模塊，為客戶節省了成本。

定長裁斷的控制過程是一個先色標捕捉、后裁斷定長的控制過程。以LE5128為核心控制器所開發的一套具有高精度裁斷、能夠適應高速度的裁斷裝置，不管從提高產量、減少廢品率還是從提高原料的利用率來說都顯得極為重要。定長裁斷系統設計在貼標機生產線中投入使用，實踐證明該基于高速脈沖的控制系統平穩安全可靠，故障率低，產品精度達到±0.5mm，完全滿足下道工序的高標準要求，提高了生產效率，例如在南方某貼標機客戶處，將和利時的LE5128與日系某小型PLC作比較，效率高出了30%，次品率卻比對方低10%。創造了非常好的經濟效益，具有極高的性價比。

3 指令說明

3.1 LATCH功能

3.1.1 LATCH的功能描述（如圖1所示）

啟用該功能時，收到一個開關量信號的上升沿（或下降沿）時候，獲取當前軸從參考零點開始到此刻發送（或接收）的總脈沖數。最多支持4個LATCH功能塊使能，可以同一個觸發點鎖存不同軸的位置。

圖1 LATCH功能塊

3.1.2 參數說明（如表1所示）

表1 參數說明

3.1.3 LATCH功能塊的時序圖（如圖2所示）

圖2 LATCH功能塊的時序圖

注：INT_SIG為色標捕捉到的信號，SIG_EDG的參數決定了所捕捉信號是上升沿有效還是下降沿有效。在OPEN_WIN和CLOSE_WIN窗口區間內的色標點有效。由于LATCH在重新使能后，只在窗口內的第一個觸發沿進行鎖存，所以第二個觸發沿不予鎖存。需要重新觸發LATCH功能塊才能進行下一次鎖存。

3.2 MOVEABSOLUTE_M功能

3.2.1 MOVEABSOLUTE_M功能描述（如圖3所示）

用于控制電機進行定位，以原點作為參考點進行輸出已設定個數和頻率的脈沖，達到定位的功能，并支持中斷功能。

3.2.2 參數說明（如表2所示）

用于控制電機進行定位，以原點作為參考點進行輸出已設定個數和頻率的脈沖，達到定位的功能，并支持中斷功能。

表2 參數說明

3.2.3 MOVEABSOLUTE_M功能塊的時序圖（如圖4所示）

圖4 MOVEABSOLUTE_M功能塊的時序圖

當中斷輸入信號同時滿足以下條件時，才能觸發執行中斷：

（1）功能塊在重新使能后，未執行過有效中斷，即INT_OCCUR參數為FALSE；

（2）軸還未達到絕對定位目標位置前，INT_ SIGNAL產生有效的跳變沿；

（3）中斷信號達到時，軸的當前位置滿足窗口選擇條件。例如當選擇SEL_WIN=1時，軸的當前位置應在OPEN_WIN和CLOSE_WIN指定的窗口區間內；

（4）Position為未觸發中斷時傳送軸的停止位置；NUM_EX為觸發中斷后，實時修正的停止位置；

（5）由于MOVEABSOLUTE_M在使能后，只在窗口內的第一個觸發沿進行觸發，因此需要重新觸發MOVEABSOLUTE_M功能塊才能進行下一次定位。

4 案例應用

4.1 程序編寫

以貼標機生產線為例，給大家介紹下色標捕捉以及動態糾偏如何用程序實現。所使用軟件為和利時自主研發的LE系列編程軟件：AutoThink V3.1.4。色標捕捉點為%IX0.0，脈沖輸出為%QX0.0，方向為%QX.4，如圖5所示。

圖5 色標捕捉以及動態糾偏程序實現界面圖

由于LATCH、MOVEABSOLUTE_M的使能端EN_R是上升沿使能、高電平有效，因此每次裁切完成后，均要重新觸發EN_R，界面圖如圖6、圖7所示。

圖6

圖7

4.2 伺服驅動器調試及接線

4.2.1 本案例所使用的伺服傳動機構為安川系列的SGDV-2R8A01B+SGMJV-04ADE6S。采用位置模式工作，LE5128以脈沖+方向的輸出方式控制伺服驅動器。調試參數如下：

（1）Pn000=0010（脈沖加方向，位置模式）

（2）Pn200=1000

（3）Pn20E=1048576 分子

（4）Pn210=2000 分母：2000脈沖轉一圈

（5）Pn50A=8100 Pn50B=6548 （點動JOG模式）

（6）Pn50A=8170 Pn50B=6548

4.2.2 伺服驅動器的CN1接口為輸入輸出信號端子（4排50針），采用脈沖+方向的控制方式需要接如下引腳：

CN1的線序及顏色：

白：1 GND（0V）；

粉：7 脈沖+；

粉黑：8 脈沖-；

灰：11 方向+；

紫： 12 方向-；

黃：40 伺服使能（線較長，當Pn50A設置伺服始終使能后，無需再接）；

黃：47 24V+（線較短）。詳見圖8。

圖8

當LE5128與驅動器連接的時候，采用集電極開路接法：由于LE5128的晶體管輸出電壓為24V，因此需要串聯2.2k的上拉電阻。如圖9所示。

圖9

[1] 和利時LE小型可編程控制器指令手冊[Z].

[2] 和利時LE小型可編程控制器軟件手冊[Z].

[3] 安川Σ-5系列SGDV伺服驅動器調試手冊[Z].

Applications of LE 5128 for Color Code Capturing and Dynamic Corrections

High-speed color standard capture function has been widely used in bag making machine, sticker labeling machine, food processing machinery and other fixed-length cutting occasions. As the core production of this function, the LE series PLC (programmable controller) plays a vital role, leading to a reliable, safe and energy saving cutting process.

Color code capturing; High-speed position latching; Dynamic correction; LE5128

B

1003-0492(2017)01-0096-04

TP273

魏偉龍（1988-），男，河北石家莊人，本科，現就職于北京和利時智能技術有限公司，主要從事和利時工業自動化產品解決方案的研究。