【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】 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(duì)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(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)
