1.前言

枕式包裝機是食品、醫(yī)藥等包裝行業(yè)中應用比較廣泛的一種包裝機械。人們在日常的生活中使用到大量的日常用品和食品的包裝大多是枕式包裝機封裝而成。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，給包裝機行業(yè)帶來了良好的發(fā)展機遇，類枕式包裝機在行業(yè)中的應用范圍也越來越寬廣，這些設備繼承了傳統(tǒng)枕式包裝機優(yōu)點，并根據(jù)自身特點及需求拓展了很多新功能。本文將介紹禾川Q1運動控制PAC及X3EEtherCAT總線伺服在類枕式包裝機——一次性杯子裝袋機上的應用。

2.禾川一次性杯子裝袋機解決方案介紹

2.1整機控制模型

整機控制采用虛主軸帶各工位實軸的形式保證各工位的同步性要求，并實現(xiàn)曲柄連桿機構進行追剪的運動控制（圖1）。

圖1 整機控制模型

2.2系統(tǒng)組成及控制要求

一次性杯子裝袋機主要包括以下幾個系統(tǒng)部分：

i.數(shù)杯系統(tǒng):系統(tǒng)需要使用高速脈沖輸出控制杯進給皮帶,并使用高速計數(shù)功能保證高速數(shù)杯的準確性。

ii.推杯系統(tǒng):動態(tài)分配來料,提升來料異常時設備運行效率。

iii.上料系統(tǒng):實時計算虛主軸與上杯軸、放膜軸齒輪嚙合位置,調(diào)節(jié)杯與膜相對位置。

iv.膜輸送系統(tǒng):雙伺服張力調(diào)節(jié),色標檢測及補償。

v.封切系統(tǒng):伺服控制封切刀臺完成追剪控制。

2.3控制系統(tǒng)設計

系統(tǒng)的控制部分采用了禾川Q1運動控制器，并整合禾川人機界面、伺服等來實現(xiàn)設備的數(shù)杯、上料和準確封裝，系統(tǒng)控制部分如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)拓撲圖

其中，PAC是整個系統(tǒng)的核心，進行信號、數(shù)據(jù)以及邏輯控制處理，它的性能決定了整個系統(tǒng)的品質(zhì)。Q1PAC機型具有16路高速計數(shù)及8路高速脈沖輸出（頻寬為200K），具有強大的浮點數(shù)運算功能以及豐富的周邊指令集。

系統(tǒng)采用禾川X3EB-EtherCAT伺服，其位置環(huán)掃描周期為250us，在同步位置模式下,最小支持250us的同步位置周期,通過EtherCAT通訊協(xié)議能夠很好的滿足設備的同步控制需求。

3.功能實現(xiàn)

i.如圖4所示,設備包裝數(shù)量,包裝排數(shù),膜長等參數(shù)可通過HMI設定。通過程序自動計算各工位自動運行速度以及伺服電子齒輪、電子凸輪與虛主軸的嚙合位置,產(chǎn)品規(guī)格切換簡單便捷。

ii.如圖5所示，用戶可自定義配方名，并通過配方保存、讀取等操作一鍵切換產(chǎn)品規(guī)格。

iii.高速數(shù)杯，數(shù)杯頻率可達1ms/個。

iv.放膜伺服1和放膜伺服2通過HMI設定參數(shù)調(diào)節(jié)膜張力。

圖3 系統(tǒng)配置

圖4 HMI主界面

圖5 HMI配方界面

圖6 Q1運動控制器

圖7 X3EB-EtherCAT驅(qū)動器家族系列

4.Q1控制介紹

i.采用CODESYS自動化軟件,支持IL/LD/FBD/ST/SFC混合編程。

ii.通過SoftMotion實現(xiàn)運動控制的各類功能，集高速EtherCAT通訊、運動控制、IO輸入輸出功能于一體并且支持多種總線通訊（包括ModbusTCP、CANopen、串口通訊等）。

iii.CPU單元自帶高速IO輸出，可以實現(xiàn)8個脈沖軸控制，最高頻率可以達到200K。

iv.CPU單元自帶高速IO輸入，可以完成16路的高速計數(shù)。

5.X3EB伺服驅(qū)動器介紹

X3EB總線型伺服是禾川科技最新推出的EtherCAT總線型伺服，兼具著功能豐富且性價比高的優(yōu)勢，設計美觀，簡單易用，性能特點如下：

i.支持EtcherCAT通訊。

ii.位置環(huán)掃描周期250us，在同步位置模式下,最小支持250us的同步位置周期。

iii.1ms內(nèi)同步100個軸，300個節(jié)點下120m距離,10ns同步誤差,±20ns同步抖動，保證系統(tǒng)同步要求。