【摘要 】本文通過對奶糖包裝機的工藝及難點分析，整合臺達自動化產(chǎn)品，為客戶提出整套奶糖包裝機系統(tǒng)控制架構(gòu)。整個控制系統(tǒng)的核心為包裝紙的輸送，為了實現(xiàn)高速的控制要求，采用A2伺服特有的色標對位修正功能和電子凸輪功能實現(xiàn)核心控制功能。經(jīng)實際測試，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】 This article analyzes the milk sugar packaging machine technology and difficulties analysis, the integration of sets of automation product advantage and characteristics, and put forward a complete set for the customer to milk sugar packaging machine system control architecture. The core of the whole control system for conveying wrapping paper, in order to realize high speed control requirements, the unique color standard A2 servo contrapuntal fixed function and electronic CAM function to realize the core control function. The actual one, the control system solution greatly improved the system packing speed and efficiency.
【關(guān)鍵詞 】電子凸輪；主從控制；對位；同步修正
【Keywords 】Electronic CAM;Master-slave control;Registration;Synchronous fixed
1. 設(shè)備工藝原理
此設(shè)備主要實現(xiàn)奶糖的包裝，其設(shè)備機構(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)
主傳動采用變頻器控制，主要驅(qū)動橫封、縱封、切刀、輸送，送膜軸采用獨立傳動控制。采用DTC溫度模塊實現(xiàn)縱封和橫封的溫度控制；送膜軸跟隨主軸編碼器實現(xiàn)包裝紙的送出。并利用色標光電實現(xiàn)色標偏差補償。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)計原理
本系統(tǒng)的核心工藝為包裝紙的進紙控制，其難點在于在高速狀態(tài)下，如何保證包裝長度和裁切點精準無誤。依據(jù)包裝紙色標有無狀態(tài)，設(shè)備分為定長（即無標）和跟標兩種模式。在色標模式下，送紙軸要根據(jù)主傳動的編碼器命令運行，同時要根據(jù)色標信號進行主軸相位的同步修正。光標信號的取樣的及時性就直接影響到整個系統(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位功能實現(xiàn)送紙工藝，利用其DI的高速響應(yīng)性以實現(xiàn)相位的及時補償。
4. 伺服程序規(guī)劃
對于伺服程序的規(guī)劃，按照設(shè)備工藝要求，本系統(tǒng)主要包三個功能塊：1.凸輪輸入輸出模塊；2.色標對位模塊；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行，即主軸運行1個工位，則送紙軸必須送出一個規(guī)格長度的包裝膜。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，送紙軸的運動速度需保持恒定速度運行，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，即主軸每運行1個工位（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，故對于不同長度的包裝紙規(guī)格，可以利用凸輪表格縮放比率P5-19進行調(diào)整。其原理如下圖5所示。
圖5 凸輪縮放倍率示意圖
4.2 對位補償模塊和同步修正規(guī)劃
對位的原理為：相對主軸位置建立一個目標相位值，然后抓取包裝紙的光標信號，進行比對，以保證每次光標信號到達時，主軸相位與目標值相重合。
補償原理即當(dāng)驅(qū)動器抓到色標光電信號后便將實際主軸相位與目標相位作對比，計算出偏移值；然后利用PR進行相位補償調(diào)整。
而同步修正則是利用DI7高速抓取主軸原點信號，進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)試主要為對位補償功能的調(diào)整，在進行對位功能調(diào)整過程中。主要借助ASDA soft所提供的示波器功能進行數(shù)據(jù)的監(jiān)測，所要觀測的變量有以下：
A.E-CAM TABLE IN(X POS) B. DI狀態(tài) C.0X10000055 (對位誤差率)
如圖8示波器內(nèi)容所示，所觀測的信息為：每次對位信號（DI=0X35）相對主軸的相位是否固定；兩個對位信號間隔脈沖數(shù)是否與主軸一周的脈沖數(shù)相等；對位誤差率是否接近的變化情況，如果接近0則表示對位功能正常，若對位誤差一直處于小于零或一直大于零，請確認P5-19設(shè)定的輸出是否與實際輸出長度相等。根據(jù)經(jīng)驗，如果對位誤差率小于零，可適當(dāng)增大P5-19；反之，則減小P5-19。
圖8 對位波形
7. 結(jié)論
A2伺服針對包裝行業(yè)所開發(fā)的色標補償功能，使得包裝機的系統(tǒng)升級變得輕而易舉；模塊化的系統(tǒng)配置，有效解決成本問題的同時；并可以獲得設(shè)備性能的提升。經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，此系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，設(shè)備速度提升50%。
作者簡介：
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)機電自動化專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)就職于臺達工業(yè)自動化事業(yè)部應(yīng)用技術(shù)中心，研究方向是：包裝機械控制系統(tǒng)設(shè)計。
參考文獻：
【1】 臺達ASDA-A2系列高解析智能型伺服操作手冊
【2】 《包裝機械》化學(xué)工業(yè)出版社
【3】 臺達DOP-B系列應(yīng)用技術(shù)手冊
