時間:2011-10-20 11:17:51來源:caijuan
一.前言
南京埃斯頓公司針對國內(nèi)熱封切制袋機現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案,在國內(nèi)某家制袋機設(shè)備公司成功應(yīng)用并得到了廣泛推廣,該方案采用ESTUN伺服電機、觸摸屏、PLC、變頻電機等主要元器件;根據(jù)機械工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速伺服電機作為主要運動機構(gòu),保證了在頻繁啟動負(fù)載下自身運動的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性,使伺服電機的一次送料轉(zhuǎn)速滿足切刀上下運行的時間要求。
同時簡化了機械機構(gòu),解決了老式機械效率低、定位精度不高、能耗大、控制水平低、浪費材料等缺點。
二.控制原理
圖1 熱封切機設(shè)備圖
圖1為熱封切機設(shè)備圖,整個制袋過程主要分為抬刀,定位,封切三個部分。熱封刀與切刀的上下往復(fù)運動由主變頻電機控制,袋長定位由伺服電機帶動送料輥控制,另外光電傳感器(又稱光電眼)、溫控器、接近開關(guān),做為傳感元氣件,負(fù)責(zé)時間的判斷與控制信號的發(fā)出,使執(zhí)行器件之間確立邏輯關(guān)系。PLC 做為核心程序的載體,負(fù)責(zé)脈沖信號的發(fā)送及各種控制信號的轉(zhuǎn)化與流通,最終控制各執(zhí)行機構(gòu)的運轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。觸摸屏作為人機界面負(fù)責(zé)人機對話,用于設(shè)置參數(shù)及監(jiān)控整臺機器運行狀況,通過觸摸屏可以進(jìn)行調(diào)整袋長、清零、復(fù)位、點動等操作;還可以顯示袋長數(shù)值和被加工袋的數(shù)量等。
下圖為熱封切機的控制原理框圖:
圖2控制原理框圖
三.工藝說明
1.系統(tǒng)上電
程序初始化,輸入袋長數(shù)值,調(diào)整溫度儀,使封刀的溫度達(dá)到熱封的需要(封刀的溫度,應(yīng)根據(jù)主電機的轉(zhuǎn)速高低進(jìn)行設(shè)定,以膠袋封口處結(jié)實耐拉為準(zhǔn)。封刀溫度偏低,會導(dǎo)致膠袋封口處不牢。若封刀溫度偏高,會導(dǎo)致膠袋封口處燙穿,因此,應(yīng)根據(jù)主電機轉(zhuǎn)速及封口時間長短進(jìn)行調(diào)節(jié));進(jìn)入手動調(diào)節(jié)模式,檢查機械部分,伺服系統(tǒng),變頻器等是否可以正常工作,調(diào)節(jié)色標(biāo)光電眼,使其能夠感應(yīng)色標(biāo)變化。
2.制作袋子
點擊觸摸屏自動運行按鈕,主變頻電機工作,通過機械連桿帶動封刀和切刀上下往復(fù)運動,切刀每向上運動一次,伺服信號就導(dǎo)通一次,由PLC 發(fā)送脈沖控制伺服電機運轉(zhuǎn),脈沖的個數(shù)決定了伺服電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù),脈沖的頻率決定了伺服電機的轉(zhuǎn)速,伺服電機通過同步帶帶動送料輥送料,伺服電機必須在切刀下降到承切皮輥之前完成定位,當(dāng)切刀和封刀下切后,膠袋形成,當(dāng)切袋個數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)個數(shù)或按下急停按鈕時,在生產(chǎn)完當(dāng)前膠袋后停機,切刀和封刀停在高位停車處。
制袋機一般具有兩種封切方式:空白袋定長封切和尋標(biāo)封切,當(dāng)選擇空白袋定長封切時色標(biāo)光電眼不起作用,PLC 程序根據(jù)切袋長度、機械傳動比、伺服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及送料輥的周長,計算出伺服系統(tǒng)定位所需要的脈沖數(shù),然后由驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機帶動送料輥轉(zhuǎn)動送出一定長度的膠袋,從而實現(xiàn)白袋定長封切;當(dāng)選擇尋標(biāo)封切時,其過程如下,伺服啟動信號導(dǎo)通,伺服電機按照PLC 程序預(yù)先設(shè)定的運動曲線進(jìn)行加速運動、恒速運動、減速運動、低速追色,如圖3 所示,PLC 接收到追色信號時,通過中斷方式立即停止伺服電機。一般追色長度為10mm,并且要求追色信號只能在追色范圍內(nèi)起作用,其它范圍內(nèi)需屏蔽掉其干擾信號。追色封切調(diào)試時,在人機界面上設(shè)定好伺服電機的恒速速度,先將加速時間、減速時間設(shè)長,再調(diào)低速追色速度,盡可能提高低速追色速度,以追色平穩(wěn)、準(zhǔn)確為準(zhǔn)。調(diào)整好追色速度后,再調(diào)加速時間、減速時間,盡可能調(diào)短加減速時間,以膠袋與出料輥不發(fā)生相對滑動及追色平穩(wěn)為準(zhǔn)。PLC 程序在追色封切時,對追色信號記數(shù),連續(xù)三次檢測不到時,PLC停止各電機運轉(zhuǎn),并驅(qū)動報警器報警。同時PLC 程序?qū)ε坑洈?shù),當(dāng)批量達(dá)到預(yù)警值時,PLC 驅(qū)動報警器報警提示。
圖3 尋標(biāo)速度曲線圖
四.伺服系統(tǒng)簡介
本機采用的伺服系統(tǒng)為南京埃斯頓公司生產(chǎn)的EDB 系列伺服,驅(qū)動單元采用美國TI 公司最新數(shù)字信號處理器DSP 為核心,選用三菱公司工業(yè)級智能功率模塊(IPM),而且所選IPM 的容量比通常標(biāo)定相同功率的同類伺服產(chǎn)品要大一個等級,因而具有過載能力強、抗負(fù)載擾動能力強、起動力矩大等特點;采用自抗擾控制和速度觀測控制,比傳統(tǒng)的PI 控制技術(shù)具有更好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能;支持多種通訊方式,RS232,RS422/RS485,CAN 或Profibus;驅(qū)動器將位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制這三種控制方式合為一體,并且可以進(jìn)行各控制模式的動態(tài)切換,使用更加靈活柔性;具備控制超速、過流、過載、主電源過壓欠壓、編碼器異常、制動異常、位置偏差等多項在線檢測與診斷,使控制過程一目了然。電機為三相永磁同步伺服電機,具有三倍過載能力,3000RPM 的額定轉(zhuǎn)速,2500p/r 的碼盤反饋脈沖精度。
機械參數(shù):
機械傳動減速比1:3
膠輥直徑66mm
精度要求:袋長精度小于0.5mm,伺服電機編碼器脈沖數(shù)為2500P/R,通過四倍頻轉(zhuǎn)換后,分辨精度達(dá)到10000p/r,即v =360°/10000=0.036°,電機輸出到送料輥有3:1 的減速比,實際檢測精度達(dá)到:v 輥=360°/(10000×3)=0.012°
對應(yīng)的袋子長度分辯精度為:vl 輥=πD×(0.012°/360°)=207.24×0.000033=0.006839mm故其本身誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5mm,引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機起停不夠平滑,停車時抖動,故要根據(jù)伺服電機的起停速度調(diào)整合適的速度環(huán)、位置環(huán)增益與加減速時間,調(diào)試過程如下:
a)將位置環(huán)增益即先設(shè)在較低值,然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動的前提下,逐漸增加速度環(huán)的增益至最大值。
b)逐漸降低速度環(huán)增益值,同時加大位置環(huán)增益。在整個響應(yīng)無超調(diào)、無振動的前提下,將位置環(huán)增益設(shè)至最大。
c)速度環(huán)積分時間常數(shù)取決于定位時間的長短,在機械系統(tǒng)不振動的前提下,盡量減小此值。
d)隨后對位置環(huán)增益、速度環(huán)增益及積分時間常數(shù)進(jìn)行微調(diào),找到最佳值。
e)適當(dāng)調(diào)整位置指令一次濾波時間常數(shù)。
調(diào)試參數(shù)如下:
五. 總結(jié)
該機械是在傳統(tǒng)老式機械的基礎(chǔ)上運用ESTUN 伺服控制系統(tǒng)改造而成,具有效率提高;良品率提高;封切精度提高;調(diào)試方便快捷;運行過程平穩(wěn);機械結(jié)構(gòu)簡單等特點。具有更高的技術(shù)和更合理的性能價格比。
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