【摘要】本文通過對奶糖包裝機(jī)的工藝及難點分析，整合臺達(dá)自動化產(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(biāo)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】

　　【關(guān)鍵詞】電子凸輪；主從控制；對位；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(biāo)光電實現(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)計原理

      本系統(tǒng)的核心工藝為包裝紙的進(jìn)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(zhǔn)無誤。依據(jù)包裝紙色標(biāo)有無狀態(tài)，設(shè)備分為定長（即無標(biāo)）和跟標(biāo)兩種模式。在色標(biāo)模式下，送紙軸要根據(jù)主傳動的編碼器命令運行，同時要根據(jù)色標(biāo)信號進(jìn)行主軸相位的同步修正。光標(biāo)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(bǔ)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(biāo)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(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 對位補(bǔ)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(biāo)相位值，然后抓取包裝紙的光標(biāo)信號，進(jìn)行比對，以保證每次光標(biāo)信號到達(dá)時，主軸相位與目標(biāo)值相重合。

      補(bǔ)償原理即當(dāng)驅(qū)動器抓到色標(biāo)光電信號后便將實際主軸相位與目標(biāo)相位作對比，計算出偏移值；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高速抓取主軸原點信號，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(bǔ)償功能的調(diào)整，在進(jìn)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(jìn)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(rèn)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(biāo)補(bǔ)償功能，使得包裝機(jī)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(jī)電自動化專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)就職于臺達(dá)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(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

【1】       臺達(dá)ASDA-A2系列高解析智能型伺服操作手冊

【2】       《包裝機(jī)械》化學(xué)工業(yè)出版社

【3】       臺達(dá)DOP-B系列應(yīng)用技術(shù)手冊