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安迪ADSD-S交流伺服系統(tǒng)在熱封切制袋機(jī)上的應(yīng)用———安迪ADSD-S交流伺服系統(tǒng)在熱封切制袋機(jī)上的應(yīng)用

一.前言 大連安迪數(shù)控技術(shù)有限公司針對(duì)國內(nèi)熱封切制袋機(jī)現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案,在國內(nèi)某公司制袋機(jī)設(shè)備成功應(yīng)用并得到了廣泛推廣,該方案采用了ADSD-S交流同步伺服驅(qū)動(dòng)器、ADSM-S交流永磁同步伺服電機(jī)、觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機(jī)等主要元器件;根據(jù)設(shè)備工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速的ADSM-S伺服電機(jī)作為主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),保證了封切制袋機(jī)在頻繁啟動(dòng)負(fù)載下自身運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性,使伺服電機(jī)的一次送料轉(zhuǎn)速能夠滿足切刀上下運(yùn)行的時(shí)間要求。同時(shí)簡(jiǎn)化了機(jī)械機(jī)構(gòu),解決了原機(jī)械設(shè)備效率低、定位精度低、能耗大、自動(dòng)化水平低、浪費(fèi)材料等缺點(diǎn)。 二.控制原理
  整個(gè)設(shè)備生產(chǎn)工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個(gè)部分。熱封刀與切刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)由變頻器驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)控制,袋長(zhǎng)定位由伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)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),做為測(cè)控元器件,負(fù)責(zé)時(shí)間的判斷與控制信號(hào)的發(fā)出,使執(zhí)行器件之間確立時(shí)序關(guān)系。PLC做為核心程序的載體,負(fù)責(zé)脈沖信號(hào)的發(fā)送及各種控制信號(hào)的轉(zhuǎn)化與傳遞,最終控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。觸摸屏作為人機(jī)界面,用于參數(shù)設(shè)置及整臺(tái)機(jī)器運(yùn)行狀況監(jiān)控,通過觸摸屏可以調(diào)整袋長(zhǎng)、清零、復(fù)位、點(diǎn)動(dòng)等操作;還可以顯示袋長(zhǎng)數(shù)值和被加工袋的累計(jì)數(shù)量等。
下圖為熱封切機(jī)的控制原理框圖: 三.工作流程 1.系統(tǒng)上電   程序初始化,輸入袋長(zhǎng)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(jī)的轉(zhuǎn)速高低進(jìn)行設(shè)定,以膠袋封口處結(jié)實(shí)耐拉為準(zhǔn)。封刀溫度偏低,會(huì)導(dǎo)致膠袋封口處不牢。若封刀溫度偏高,會(huì)導(dǎo)致膠袋封口處燙穿,因此,應(yīng)根據(jù)主電機(jī)轉(zhuǎn)速及封口時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行調(diào)節(jié));進(jìn)入手動(dòng)調(diào)節(jié)模式,檢查機(jī)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(diǎn)擊觸摸屏自動(dòng)運(yùn)行按鈕,主變頻電機(jī)(1.5KW)工作,通過機(jī)械連桿帶動(dòng)封刀和切刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),切刀每向上運(yùn)動(dòng)一次,伺服信號(hào)就導(dǎo)通一次,由PLC發(fā)送脈沖控制伺服電機(jī)(1kw)運(yùn)轉(zhuǎn),脈沖的個(gè)數(shù)決定了伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù),脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速,伺服電機(jī)通過同步帶帶動(dòng)送料輥送料,伺服電機(jī)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(gè)數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)或按下急停按鈕時(shí),在生產(chǎn)完當(dāng)前膠袋后停機(jī),切刀和封刀停在高位停車處。   制袋機(jī)一般具有兩種封切方式:空白袋定長(zhǎng)封切和尋標(biāo)封切,當(dāng)選擇空白袋定長(zhǎng)封切時(shí)色標(biāo)光電眼不起作用,PLC程序根據(jù)切袋長(zhǎng)度、機(jī)械傳動(dòng)比、伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比、伺服電機(jī)編碼器的線數(shù)以及送料輥的周長(zhǎng),計(jì)算出伺服系統(tǒng)定位所需要的脈沖數(shù),然后由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)送料輥轉(zhuǎn)動(dòng)送出一定長(zhǎng)度的膠袋,從而實(shí)現(xiàn)白袋定長(zhǎng)封切;當(dāng)選擇尋標(biāo)封切時(shí),其過程如下,伺服啟動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通,伺服電機(jī)按照PLC程序預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)、恒速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)、低速追色,如圖3所示,PLC接收到追色信號(hào)時(shí),通過中斷方式立即停止伺服電機(jī)。一般追色長(zhǎng)度為10mm,并且要求追色信號(hào)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(hào)。追色封切調(diào)試時(shí),在人機(jī)界面上設(shè)定好伺服電機(jī)的恒速速度,先將加速時(shí)間、減速時(shí)間設(shè)長(zhǎng),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(shí)間、減速時(shí)間,盡可能調(diào)短加減速時(shí)間,以膠袋與出料輥不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)及追色平穩(wěn)為準(zhǔn)。PLC程序在追色封切時(shí),對(duì)追色信號(hào)記數(shù),連續(xù)三次檢測(cè)不到時(shí),PLC停止各電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),并驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。同時(shí)PLC程序?qū)ε坑洈?shù),當(dāng)批量達(dá)到預(yù)警值時(shí),PLC驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警提示。 四.伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介
  本機(jī)采用的伺服系統(tǒng)為大連安迪數(shù)控技術(shù)有限公司的ADSD-S系列,驅(qū)動(dòng)單元采用美國TI公司最新數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心,選用三菱公司工業(yè)級(jí)智能功率模塊(IPM),而且所選IPM的容量比標(biāo)定相同功率的其它國內(nèi)伺服產(chǎn)品要大一個(gè)等級(jí),因而具有過載能力強(qiáng)、抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)、起動(dòng)力矩大、動(dòng)態(tài)相應(yīng)速度高等特點(diǎn);支持多種通訊方式,標(biāo)準(zhǔn)全隔離RS485通訊模塊,RS422/RS485,CAN bus或Profibus可選;驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)切換,使用更加靈活柔性;具備過速保護(hù)、過流、過載、過熱、主電源過壓欠壓、編碼器異常、通訊錯(cuò)誤、PID反饋信號(hào)異常等duoz保護(hù)及異常顯示,使控制過程一目了然。電機(jī)為三相永磁同步伺服電機(jī),具有三倍過載能力,3000RPM的額定轉(zhuǎn)速,2500線的編碼器分辨率。機(jī)械參數(shù): 機(jī)械傳動(dòng)減速比1:3 膠輥直徑66mm 精度要求:袋長(zhǎng)精度小于0.5mm,伺服電機(jī)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伺=360°/10000=0.036°,電機(jī)輸出到送料輥有3:1的減速比,實(shí)際檢測(cè)精度達(dá)到: v輥=360°/(10000×3)=0.012° 對(duì)應(yīng)的袋子長(zhǎng)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(jī)起停不夠平滑,停車時(shí)抖動(dòng),故要根據(jù)伺服電機(jī)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(shí)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(dòng)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(shí)加大位置環(huán)增益。在整個(gè)響應(yīng)無超調(diào)、無振動(dòng)的前提下,將位置環(huán)增益設(shè)至最大。 c)速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)取決于定位時(shí)間的長(zhǎng)短,在機(jī)械系統(tǒng)不振動(dòng)的前提下,盡量減小此值。 d