“哥，你们能不能让我少雇两个人”
这话是一个做封箱胶带的老板跟我说的。他的厂在郊区的工业园区里，三层楼，一楼是分切车间，二楼是仓库，三楼是办公室。
一楼的场景我去过一次就忘不了：四五个人围着一台半自动分切机，一个人放卷、一个人拉料、一个人踩脚踏开关切、一个人收卷、一个人装箱。五个人，一天干十个小时，也就出两三吨货。
老板说现在人工越来越贵，年轻人不愿意干这种活，让他少雇两个人就行。
我说少雇两个人也行，但我建议你直接上全自动——一个人看两台机，产能翻倍。老板半信半疑：”那得多少钱？”
我给他算了一笔账，他没再犹豫。后来这个项目从方案到调试完用了两个月，今天我把它记下来。
工艺上到底要解决什么问题
胶带分切这个工艺，看着简单，做起来全是细节：
- 大卷母卷（宽幅1.2米左右，直径600mm）要放卷出来
- 经过刀架切成指定宽度（比如48mm宽的封箱胶带）
- 然后走过牵引辊，到收卷轴收成成品小卷
- 小卷到了一定米数（比如100米一卷），自动切断
- 换卷，接着收下一卷
其中最关键的几个控制难点：
- 放卷张力控制——母卷从满卷到空卷，直径变化很大，张力必须恒定。张力不稳，胶带会拉伸变形或者打皱。
- 定长控制——每卷100米，正负公差不能超过0.5米。少了客户不认，多了你亏本。
- 自动换卷——切断和收卷切换要在零点几秒内完成，还不能伤到胶带表面。
这三点，没一个省油的灯。
控制方案用了什么
我选的是汇川的整套方案：
- PLC： 汇川H5U-1614MT（支持EtherCAT总线，16入14出，晶体管输出）
- 伺服： 三个SV660系列——放卷轴用750W带转矩模式，收卷轴用1kW带速度模式，牵引轴用400W位置模式
- 触摸屏： IT7000 10.1寸
- 磁粉制动器： 放卷端机械辅助，防止断带
- 编码器： 增量式1000线，装在牵引辊上用于计米
总成本控制在一万五以内（不含机架和机械部分），老板觉得还行。
张力控制：从满卷到空卷的一个难题
放卷张力是这套系统里最难调的部分。
母卷刚装上去的时候，直径600mm，同样一个张力的力矩值，产生的放卷力很大。随着胶带不断卷走，直径越来越小，到快用完的时候可能只剩100mm。同样的力矩值，产生的放卷力就不是一个数量级了。
解决办法是通过收卷轴的线速度和放卷轴的实时直径来计算张力。H5U的好处是支持EtherCAT总线，三个伺服之间通讯延迟在微秒级，可以做实时的张力前馈补偿。
我写了一段简单的张力计算公式：
T = F × r / i 其中： T = 伺服电机的转矩值（N·m） F = 目标张力值（N） r = 当前放卷半径（m） i = 机械减速比
当前半径r是通过放卷轴累计转过的角度和牵引辊送出的线长计算得到的。每次换卷后自动复位。
PID参数我最后定的是： P=1.8，I=0.3，D=0。没有加微分，因为张力系统本身滞后比较大，加了微分反而容易震荡。
计米和定长：牵引辊编码器是关键
定长控制靠牵引辊上的增量式编码器。牵引辊周长我实测是376.8mm，编码器1000线，每转4倍频后是4000个脉冲。所以每个脉冲对应的长度是：
376.8mm ÷ 4000 = 0.0942mm/脉冲
精度完全够。目标100米，设脉冲数为 100 ÷ 0.0000942 ≈ 1,061,571 个脉冲。
这里有个坑要注意：牵引辊和胶带之间不能打滑。我们后来在牵引辊表面包了一层橡胶，增加了摩擦力，才彻底解决了计米不准的问题。之前试过不包橡胶，胶带轻微打滑，一米下来能差个十几厘米，累计到100米就差了几米。
自动换卷逻辑
自动换卷是最考验程序稳定性的部分。流程是这样的：
- 计米值到达目标值前2米时，收卷轴开始减速
- 到达目标值，收卷轴急停，切刀气缸动作一次完成切断
- 另一个收卷轴（B轴）立即开始启动收卷
- A轴把切好的成品卷推出去，准备下一轮
- 下一刀轮到B轴切断，A轴收卷——交替进行
两轴交替收卷的设计，保证了切断瞬间不需要停机。一个轴在收卷的时候，另一个轴在等待换卷位置就绪。切断瞬间的过渡时间控制在了300ms以内，基本不影响产线速度。
调试中最头疼的问题
最头疼的是换卷瞬间的张力波动。
A轴切完停下，B轴开始收的时候，B轴的收卷张力建立有个时间差。这个时间差里，牵引辊送出来的胶带没有被及时收走，会在地面上堆一小段。堆得多了，胶带就卷到一起去了。
后来我在程序里加了一段预张力建立的逻辑：B轴在A轴还没切断的时候，就先以低速转动，建立起初始张力。等到A轴切断的一瞬间，B轴已经带着张力了，直接无缝切换。
这个调整说起来就几句话，但现场调了整整一天半才找到最优参数。最后的预张力时间是切断前500ms，预张力值是正常张力的40%。
最终效果
项目交付后跑了两个月，数据如下：
- 日产量：从5人两班产4吨，变为2人两班产7吨
- 计米精度：±0.3米/100米，远超客户要求的±0.5米
- 换卷成功率：99.2%，偶尔卡料是因为母卷接头处不平整
- 故障停机：两个月累计不到4小时
老板现在见人就推荐上全自动设备，说他那台机器的投资半年就回本了。
搞项目的兄弟们，你们做过类似的分切、复卷控制吗？张力控制有什么独门经验？欢迎交流。