【摘要】本文通過(guò)對(duì)奶糖包裝機(jī)的工藝及難點(diǎn)分析，整合臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品，為客戶提出整套奶糖包裝機(jī)系統(tǒng)控制架構(gòu)。整個(gè)控制系統(tǒng)的核心為包裝紙的輸送，為了實(shí)現(xiàn)高速的控制要求，采用A2伺服特有的色標(biāo)對(duì)位修正功能和電子凸輪功能實(shí)現(xiàn)核心控制功能。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，該套控制系統(tǒng)方案大大提升了系統(tǒng)的包裝速度和工作效率。

　　【Abstract】

　　【關(guān)鍵詞】電子凸輪；主從控制；對(duì)位；同步修正

　　【Keywords】ElectronicCAM;Master-slavecontrol;Registration;Synchronousfixed

1. 設(shè)備工藝原理

此設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)奶糖的包裝，其設(shè)備機(jī)構(gòu)及工藝如下圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

圖2 設(shè)備工藝流程

2. 控制系統(tǒng)架構(gòu)

      主傳動(dòng)采用變頻器控制，主要驅(qū)動(dòng)橫封、縱封、切刀、輸送，送膜軸采用獨(dú)立傳動(dòng)控制。采用DTC溫度模塊實(shí)現(xiàn)縱封和橫封的溫度控制；送膜軸跟隨主軸編碼器實(shí)現(xiàn)包裝紙的送出。并利用色標(biāo)光電實(shí)現(xiàn)色標(biāo)偏差補(bǔ)償。如圖3所示。

圖3 設(shè)備控制系統(tǒng)架構(gòu)

3. 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)原理

      本系統(tǒng)的核心工藝為包裝紙的進(jìn)紙控制，其難點(diǎn)在于在高速狀態(tài)下，如何保證包裝長(zhǎng)度和裁切點(diǎn)精準(zhǔn)無(wú)誤。依據(jù)包裝紙色標(biāo)有無(wú)狀態(tài)，設(shè)備分為定長(zhǎng)（即無(wú)標(biāo)）和跟標(biāo)兩種模式。在色標(biāo)模式下，送紙軸要根據(jù)主傳動(dòng)的編碼器命令運(yùn)行，同時(shí)要根據(jù)色標(biāo)信號(hào)進(jìn)行主軸相位的同步修正。光標(biāo)信號(hào)的取樣的及時(shí)性就直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性，故本系統(tǒng)利用A2伺服的電子凸輪功能和對(duì)位功能實(shí)現(xiàn)送紙工藝，利用其DI的高速響應(yīng)性以實(shí)現(xiàn)相位的及時(shí)補(bǔ)償。

4. 伺服程序規(guī)劃

      對(duì)于伺服程序的規(guī)劃，按照設(shè)備工藝要求，本系統(tǒng)主要包三個(gè)功能塊：1.凸輪輸入輸出模塊；2.色標(biāo)對(duì)位模塊；3.同步修正模塊。

4.1 凸輪輸入輸出模塊程序

      由于送紙軸必須跟隨主軸運(yùn)行，即主軸運(yùn)行1個(gè)工位，則送紙軸必須送出一個(gè)規(guī)格長(zhǎng)度的包裝膜。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，送紙軸的運(yùn)動(dòng)速度需保持恒定速度運(yùn)行，且與切刀保持線速度一直。

      以此建立送紙軸凸輪曲線如圖4所示，即主軸每運(yùn)行1個(gè)工位（0～360°）送紙軸輸出一周。

圖4  送紙軸凸輪曲線

      由于上述送紙軸輸出為拉膜輥的周長(zhǎng)，故對(duì)于不同長(zhǎng)度的包裝紙規(guī)格，可以利用凸輪表格縮放比率P5-19進(jìn)行調(diào)整。其原理如下圖5所示。

圖5  凸輪縮放倍率示意圖

4.2 對(duì)位補(bǔ)償模塊和同步修正規(guī)劃

      對(duì)位的原理為：相對(duì)主軸位置建立一個(gè)目標(biāo)相位值，然后抓取包裝紙的光標(biāo)信號(hào)，進(jìn)行比對(duì)，以保證每次光標(biāo)信號(hào)到達(dá)時(shí)，主軸相位與目標(biāo)值相重合。

      補(bǔ)償原理即當(dāng)驅(qū)動(dòng)器抓到色標(biāo)光電信號(hào)后便將實(shí)際主軸相位與目標(biāo)相位作對(duì)比，計(jì)算出偏移值；然后利用PR進(jìn)行相位補(bǔ)償調(diào)整。

      而同步修正則是利用DI7高速抓取主軸原點(diǎn)信號(hào)，進(jìn)行周期性的誤差修正。其程序設(shè)定如圖6所示。

圖6  程序設(shè)定

5. HMI界面規(guī)劃

      此系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定，規(guī)格切換，只需通過(guò)HMI即可輕松完成，故障的診斷輸出圖文并茂，一目了然。如圖7所示。

圖7  HMI界面

6. 系統(tǒng)調(diào)試

      由于包裝紙會(huì)受到張力、摩擦、打滑以及溫度的影響，所以系統(tǒng)調(diào)試主要為對(duì)位補(bǔ)償功能的調(diào)整，在進(jìn)行對(duì)位功能調(diào)整過(guò)程中。主要借助ASDA soft所提供的示波器功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，所要觀測(cè)的變量有以下：

A.E-CAM TABLE IN(X POS) B. DI狀態(tài) C.0X10000055 (對(duì)位誤差率)

如圖8示波器內(nèi)容所示，所觀測(cè)的信息為：每次對(duì)位信號(hào)（DI=0X35）相對(duì)主軸的相位是否固定；兩個(gè)對(duì)位信號(hào)間隔脈沖數(shù)是否與主軸一周的脈沖數(shù)相等；對(duì)位誤差率是否接近的變化情況，如果接近0則表示對(duì)位功能正常，若對(duì)位誤差一直處于小于零或一直大于零，請(qǐng)確認(rèn)P5-19設(shè)定的輸出是否與實(shí)際輸出長(zhǎng)度相等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果對(duì)位誤差率小于零，可適當(dāng)增大P5-19；反之，則減小P5-19。

圖8  對(duì)位波形

7. 結(jié)論

      A2伺服針對(duì)包裝行業(yè)所開發(fā)的色標(biāo)補(bǔ)償功能，使得包裝機(jī)的系統(tǒng)升級(jí)變得輕而易舉；模塊化的系統(tǒng)配置，有效解決成本問(wèn)題的同時(shí)；并可以獲得設(shè)備性能的提升。經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，此系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，設(shè)備速度提升50%。

作者簡(jiǎn)介：

王江濤，男，1983年3月出生于陜西省，畢業(yè)于西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于臺(tái)達(dá)工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部應(yīng)用技術(shù)中心，研究方向是：包裝機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

【1】       臺(tái)達(dá)ASDA-A2系列高解析智能型伺服操作手冊(cè)

【2】       《包裝機(jī)械》化學(xué)工業(yè)出版社

【3】       臺(tái)達(dá)DOP-B系列應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)