雷賽全數(shù)字化交流伺服在立式包裝機上的應(yīng)用
2010/8/9 13:12:00
Abstract:Introduction an appliction of Leadshine’s AC servo based on automatic packer machine.The datasheet indicates that the servo system has at least 50% efficiency above compare with the step system.This application gives a good example in the packer field.
Key Words: Leadshine’s AC servo Packer machine
1 前言
立式包裝機設(shè)備主要用于加工塑料包裝袋及各種規(guī)格的生活塑料袋，早期的設(shè)備采取的是剎車離合器等控制機構(gòu)，后來改進為步進系統(tǒng)控制裝置，現(xiàn)在又發(fā)展成為PLC及伺服電機加變頻調(diào)速為主的控制機構(gòu)，目前，伺服控制已成為行業(yè)的應(yīng)用趨勢。
深圳市雷賽機電技術(shù)開發(fā)有限公司針對國內(nèi)立式包裝機現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內(nèi)某包裝機設(shè)備公司得到成功應(yīng)用并廣泛推廣。該方案采用了雷賽ACS806全數(shù)字化交流同步伺服驅(qū)動器、ACM交流永磁同步伺服電機，配合客戶端的觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機等元器件，構(gòu)成一整套完整的伺服解決方案。
圖1 立式包裝機設(shè)備圖及包裝袋樣品圖
根據(jù)設(shè)備工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速的雷賽ACM602V36伺服電機作為主要運動機構(gòu)，保證了包裝制袋機在頻繁啟停時運動的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性，使伺服電機的一次送料轉(zhuǎn)速能夠滿足切刀上下運行的時間要求，同時簡化了機械機構(gòu)，解決了原機械設(shè)備效率低、定位精度低、能耗大、自動化水平低、浪費材料等缺點。
2 控制原理
圖2 設(shè)備電氣原理圖
圖2為包裝機設(shè)備電氣原理圖，整個設(shè)備工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個部分，整個工藝過程由熱封切刀、伺服裝置、變頻裝置、牽引皮輥、承切皮輥聯(lián)動完成。
熱封切刀安裝在傳動軸上，該軸由變頻裝置驅(qū)動，做上下往復(fù)運動；伺服裝置驅(qū)動牽引皮輥，按照一定的速度，保證熱封切刀在離開承切皮輥并再次到達承切皮輥之前，將所設(shè)定長度的塑料袋送過切刀；隨后，熱封切刀到達承切皮輥，將塑料袋封口，并切開。
*人機界面：觸摸屏，界面上可設(shè)置定長封切或色標封切、切袋長度、送袋速度等，當選擇為定長封切時，色標封切無效。
*PLC：核心程序的載體，控制各執(zhí)行機構(gòu)的運轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。根據(jù)伺服機構(gòu)的機械傳動比、伺服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及出料輥的周長，PLC程序計算出伺服驅(qū)動器接收一定數(shù)量的脈沖，伺服電機驅(qū)動出料輥轉(zhuǎn)動，帶出一定長度的膠袋，實現(xiàn)定長控制。
*色標傳感器：到位信號，負責(zé)時間的判斷與控制信號的發(fā)出。
*主變頻裝置：負責(zé)熱封刀的連續(xù)上下運動，同時控制出袋速度與效率。
*伺服驅(qū)動裝置：由驅(qū)動器、伺服電機構(gòu)成，作為主要運動機構(gòu)，主要任務(wù)是完成定位精度的控制，嚴格執(zhí)行來自PLC的脈沖指令控制，同時，保證在頻繁啟動負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。伺服性能直接反映了這臺設(shè)備的整機性能與質(zhì)量。
3 工作流程
包裝機設(shè)備的工作流程如下：
1）設(shè)備上電，溫控器控制封刀處加熱器進行加熱；
2）送料變頻器驅(qū)動送料電機以設(shè)定的速度輸送塑料薄膜，送料感應(yīng)器檢測到送料端放卷的塑料薄膜足夠時，送料電機停止送料；
3）溫度達到預(yù)設(shè)值，溫控信號導(dǎo)通，主變頻器驅(qū)動主電機通過機械傳動裝置控制切刀和封刀的上下往復(fù)運動；
4）切刀每向上運動一次，伺服信號導(dǎo)通一次，伺服電機驅(qū)動出料輥夾著塑料薄膜帶轉(zhuǎn)動一次，切刀和封刀下切，膠袋形成 ；
5）設(shè)定個數(shù)到達或按停止鍵時，當前膠袋形成后停機，切刀和封刀停在高位停車處。
4 伺服系統(tǒng)應(yīng)用與實際調(diào)試數(shù)據(jù)
本機采用雷賽ACS806伺服驅(qū)動器，驅(qū)動單元采用美國TI公司最新DSP芯片、大規(guī)?？删幊涕T陣列(CPLD)和智能化功率模塊(IPM)，集成度高、可靠性好。驅(qū)動單元具備標準位置控制，可接收脈沖信號，同時具備了主電源過壓欠壓、過流、過載、編碼器異常、位置超差等多項在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。
伺服電機為雷賽ACM602V36三相永磁同步伺服電機，寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn)矩輸出，三倍過載能力，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，配置2500線編碼器。
本機只需使用一套伺服系統(tǒng)就能完成其主要功能，圖3為該包裝機伺服配置。
圖3 雷賽伺服驅(qū)動器配置圖
4.1 包裝機系統(tǒng)預(yù)估值
該包裝機設(shè)備基本參數(shù)如下：
輥軸直徑：36mm ；袋長精度：小于0.5mm；機械減速比：1：4
根據(jù)以上信息，計算電機轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)分辨率：
（1）電機轉(zhuǎn)速預(yù)估：
此機送料輥直徑r=36mm，圓周長為
，
，若以500mm長的袋子為例，則一次制袋成型送料輥需轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為： 
，若每分鐘制袋120個，則每分鐘送料輥需轉(zhuǎn)動：
，同時，送料輥與伺服電機存在1:4的減速比，故最終伺服電機的轉(zhuǎn)速為：
，若每分鐘制袋120個，則每分鐘送料輥需轉(zhuǎn)動：，同時，送料輥與伺服電機存在1:4的減速比，故最終伺服電機的轉(zhuǎn)速為：
（1）（2）系統(tǒng)分辨率預(yù)估：
伺服編碼器為2500 ppr，經(jīng)驅(qū)動器四倍頻后，精度為10000ppr,則伺服電機的精度可等效為
；又電機輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實際檢測精度為： 
，對應(yīng)的長度分辨精度為：
；又電機輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實際檢測精度為： ，對應(yīng)的長度分辨精度為： 
（2）故其預(yù)估偏差遠遠小于系統(tǒng)精度設(shè)置值0.5mm。
4.2 包裝機實際調(diào)試數(shù)據(jù)
現(xiàn)場調(diào)試，客戶端參數(shù)如表1所示：
表1 某客戶端實際調(diào)試參數(shù)表
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控制方式
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雙脈沖（CCW方式）
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