【引言】
我国是制造业大国，而包装工业也随着工业品的制造而迅猛发展。目前中国生产的瓦楞纸包装制品、复合软包装、金属桶、集装箱、塑料编织袋等主要产量已居世界前列。中国包装工业已经基本形成了一个以纸、塑料、金属、玻璃、印刷、机械为主要构成，拥有一定现代化技术装备、门类比较齐全的工业体系。
在包装工业中，瓦楞纸的应用非常广泛，几乎所有的轻工业产品都会用到瓦楞纸板箱进行包装，比如食品、饮料、烟草、电子产品及电器等。而横切机是瓦楞纸板生产线末端的一个非常重要的环节，也是制造包装盒之前的最后一个环节。因此，横切机的性能是影响产品质量和产量的一个重要因素。同时，横切机也是瓦楞纸板生产线中自动化程度较高的环节之一。
【行业背景】
出于对车速、废品率和换单灵活性的要求，目前电脑横切机得到了越来越广泛的推广。根据控制系统的不同，电脑横切机有两大类：
- 第一类是采用单片机和普通变频器进行控制。在单片机中进行位置闭环，然后将速度指令发送给变频器，从而驱动马达与纸板的进给进行跟随。其优点是成本低，但由于单片机对位置闭环控制的扫描周期较长，导致高速下的速度给定精度较低；同时普通变频器的跟随特性较差，无法完全跟随给定，从而进一步带来误差。
- 第二类是采用专业运动控制系统和伺服驱动器进行控制。位置闭环直接由运动控制系统来控制。毫秒甚至是微秒级的运算周期可以保证高精度的位置给定；同时伺服系统出色的跟随特性也能够保证更高的精度。
将在本文中介绍的横切方案，即是采用西门子运动控制系统及伺服驱动器的第二类方案。
【机械结构】
目前的瓦楞纸生产线中，横切部分一般称为横切机台。通常，横切机台只有一个刀辊马达，而没有主动进给部分。即使有进给马达，也不会采用伺服驱动，而是采用普通变频器来驱动。因此，瓦楞纸板的进给量需要由测量辊检测后传送给运动控制系统，通过同步或电子凸轮功能控制刀辊驱动器。
【系统配置】
下图为采用西门子运动控制系统Simotion D410 及伺服驱动器Sinamics S120的系统配置图。
配置图中共包含以下组件：
- 上位控制工控机作为人机界面，接收用户的给定与设置，同时管理订单，并与整线控制系统进行通讯；
- Simotion D410是西门子公司最新的单轴运动控制系统，与上位工控机之间通过标准工业以太网（D410 PN型）进行通讯：接收设置与订单，并且实时将机器的状态，如车速、电机电流、电机温度等信息传送给工控机进行处理或显示；
- 伺服驱动器Sinamics S120接收Simotion D410发出的位置指令，并且以125微秒为周期进行刀辊位置采样，并进行位置闭环控制（当激活了动态伺服控制功能DSC时），驱动刀辊马达运转；
- 外部编码器安装在测量辊上，用于检测瓦楞纸板的进给量，作为电子凸轮的主轴位置值；
- 当需要对瓦楞纸进行色标跟随横切时，可以将色标传感器连接到Simotion D上的快速输入点上。而Simotion D可以通过编程实现色标补偿功能。
【性能指标及亮点】
根据机械部分及电机功率的不同，目前配备该方案的横切机可以达到下面的性能指标：
- 幅宽：1400 mm ~ 3300 mm
- 车速：120 m/min ~ 350 m/min
- 裁切长度：300 mm ~ ∞
- 裁切精度：±1 mm
而该解决方案具有的性能亮点包括：
- 电子凸轮裁切；
- 五次多项式凸轮曲线，降低对机械系统的冲击；
- 裁切时刀辊与材料同步，同步超速可调；
- 切长不停机更改，并且立即生效；
- 根据需要可以进行色标跟踪裁切。