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臺達智能型A2伺服在高速枕式包裝機中的應用

來源:  發布日期:2015-01-21 23:45:59  瀏覽次數:

摘要:本文介紹了臺達自動化產品在高速枕式包裝機中的系統解決方案,尤其是臺達ASD-A2智能型伺服驅動器內建的電子凸輪,高速脈沖抓取、比較,以及參數自行寫入功能的在系統方案中的應用,以及電子凸輪曲線的設計規劃。臺達A2智能型伺服在枕式包裝機的應用,使得國內糖果包裝機的速度得到了很大的提升,經實際生產測試,可實現每分鐘1200包的速度,這一成功應用證明臺達在包裝業已有了成熟的解決方案,同時也說明國內糖果包裝技術跨入了一個更高的水平。

關鍵詞:電子凸輪   飛剪     同步抓取修正軸     高速抓取       ASD-A2  

枕式包裝機是一種臥式三面封口,自動完成制袋、填充、封口、切斷、成品排除等工序的包裝設備,實際應用中,與相應衍生機種、輔助機種相配合,能實現食品、日用化工、醫藥等行業自動化生產線的流水包裝。枕式糖果包裝機主要用于圓形或方形奶糖的包裝。

傳統的枕式包裝機橫封刀的運動曲線是由機械的凸輪來實現的,機械加工、安裝復雜,運行噪音大,效率低;由于機械的局限性,其包裝速度僅能達到600顆/分鐘,隨著行業競爭的日益激烈,以及人力成本的增加,包裝設備自動化程度以及包裝速度要求越來越高。要實現高速包裝,整個控制系統的響應和處理速度要求更加苛刻,傳統的控制器已經難以滿足要求,以往包裝裁切所使用繼續誒凸輪必須采用伺服的電子凸輪來替換。臺達A2高性能智能伺服控制器除內建電子凸輪功能外,32為高速DSP處理核心,內建高速脈沖抓取、比較,高速運動控制功能,完全可以實現包裝設備高速的工藝要求。

針對包裝行業所專門開發的飛剪電子凸輪模型,同步抓取修正軸功能內嵌于A2伺服控制器內。功能齊全,編輯簡單的伺服編輯軟件ASD-A2 SOFT,人性化的接口設計,得心應手的快捷菜單,使得整個系統的設計規劃輕而易舉,隨手可得,大大減少了調機時間。

設備原理

糖果經圓形盤整理后,進入直線鏈鉤機構,被鏈鉤送進包裝膜內,然后進行縱封和橫封包裝,以完成成品裁切。具體結構如圖1所示

圖 1 三伺服枕式糖果包裝機

工藝流程

枕式包裝機的送膜作為系統主軸。切刀和送料跟隨主軸運作,送料和橫切伺服控制器直接抓取膜位色標信號進行位置檢測,以確定送料和的位置,薄膜經成型器成型后變為筒膜,并進行縱向熱封,同時物料被送進筒膜內,一起向前經過橫封橫切部位,由回轉式的橫封橫切刀對筒膜進行橫向封切,輸出包裝成品,具體工藝流程圖和工藝結構圖分別參照圖2、圖3

圖 2.工藝流程圖

圖 3.工藝結構圖

系統配置

此系統包括PLC,HMI,伺服以及溫度控制模塊,由于臺達ASDA-A2伺服控制器內含電子凸輪功能,三臺伺服即可完成送膜,送料以及裁切工藝,PLC只需做I/O控制,大大節省了上位機的昂貴成本,程序的規劃也更加簡單,臺達解決方案之系統電氣控制如圖4所示,詳細配置如表1所示;

圖 4.臺達系統電氣控制圖

表1 高速枕式糖果包裝機電控配置

名稱

型號

數量

用途

伺服驅動器

ASD-A2-1523-B

1 pcs

包裝膜牽引

ASD-A2-1521-B

1 pcs

糖果送入

ASD-A2-2022-B

1 pcs

橫封裁切

PLC

DVP-14SS

1 pcs

主控制器

溫控器

DTC1000

3 pcs

縱封,橫封加熱

     系統控制原理

臺達系統解決方案,為了滿足高速的要求,送膜、送料鏈鉤、切刀三個軸均使用伺服控制,三軸之間的運動控制依據凸輪主從關系完成,整個系統控制方案如圖5所示

1.送膜軸(軸3)

此軸采用速度控制,作為整個系統的主軸。下達脈沖命令給切刀軸和送料軸,指揮凸輪軸運轉。

2.切刀軸(軸2)

以PR模式(內部位置控制模式)內建的電子凸輪跟隨主軸運行,切刀軸接收送膜主軸的脈沖OA,/OA;OB,/OB,以凸輪飛剪曲線跟隨主軸運動,當切刀軸伺服控制器檢測到色標光電S1信號,凸輪啟動運轉,在運轉過程中,伺服控制器會抓取S1的信號,利用內建的同步抓取修正軸(色標補償功能),調節凸輪速度,保證精準的裁切位置。

3.送料軸(軸1)

以PR模式(內部位置控制模式)內建的電子凸輪跟隨主軸運行,脈沖來源為送膜主軸的OA,/OA;OB,/OB,當檢測到色標光電S1,則依據規劃好的凸輪曲線跟隨主軸運轉,并實時抓取S1信號,利用內建同步抓取修正軸進行糖位的自動調節。 

圖 5.臺達系統控制方案

    系統電子凸輪規劃設計

Delta ASD-A2伺服內建PR(內部位置控制模式)模式,PR模式下,內建64段定位程序,不僅可以實現原點復歸,位置控制,定速控制,還具有位置和速度插斷,重疊功能,參數寫入,定位程序段之間的跳躍和調用,同時具有電子凸輪功能,高速抓取(capture)和比較(compare)功能,所以切刀軸和鏈鉤軸的原點復歸

    無需上位機的參與,即可完成,其主要pr規劃如下

    參數說明:

P5-39=0X0020:CAP軸命令來源:pulse cmd

P5-88=0X0251:凸輪軸主軸來源:同步抓取修正軸

             嚙合時機:CAP軸任意一點動作

             脫離時機:不脫離

P5-97=1:開啟宏指令,即同步軸啟用

橫封切斷軸飛剪曲線設計

Delta ASDA-A2伺服控制器內建飛剪凸輪模型,如圖6所示;所以使得飛剪電子凸輪曲線的設計簡單易行,利用ASD-A2 PC soft所提供的E-CAM EDITOR功能,調試著只需將機械參數輸入下圖紅色方框內的對應位置, ASDA-A2 PC soft將會自動生成飛剪曲線。考慮到不同包裝膜的熱封難易程度,在裁切區設立同步區。同步區為50°,如圖7所示

圖 6飛剪電子凸輪模型

                                圖7 臺達ASD-A2飛剪凸輪編輯界面


圖8 ASD-A2軟體產生的飛剪裁切電子凸輪速度曲線

鏈鉤軸電子凸輪曲線設計

鏈鉤軸用途在于將糖果送入包裝膜內,只要與送膜主軸保持位置同步即可,所以其以送膜軸作為主動軸,跟隨送膜軸進行同步運轉。即送膜軸每送出一個包裝長度的脈沖,鏈鉤運行一個鏈鉤的鉤距,根據機械結構,鏈鉤軸馬達轉一圈,鏈鉤走一個鏈距,而伺服一轉對應脈沖為100000puu,所以360°的位置脈沖為100000puu。在規劃曲線時,利用Delta ASDA-A2 PC soft所提供的manual create 功能,建立位置的函數表格,如圖9所示;ASDA-A2 PC soft便會依據三次曲線自動規劃出速度和加速曲線,如圖10所示,

圖9 送料軸凸輪曲線位置表格

圖10 ASD-A2軟體自動建立的鏈鉤電子凸輪曲線

高速枕式糖果包裝機伺服色標補償功能

A2伺服控制器內建同步抓取修正軸功能(即傳統的色標自動補償功能),伺服控制器利用內建的高速脈沖抓取功能,通過色標光電抓取主動軸兩次色標間的脈沖數目,與伺服控制器內部用戶所設定的理論裁切量(P5-78的設定值)通過compare功能做比較,根據同步修正的修正率(P5-80)對兩者之間的誤差值(P5-79)做修正,伺服控制器最終依據修正后的脈沖命令(P5-77)運行。其修正原理如圖11所示,生產規格(膜長)更換調機時,只需將裁切偏差量通過HMI給伺服控制器,2~3刀之后,便可獲得精準的裁切精度,大大減少了試車過程中的包裝膜浪費。ASD-A2的同步抓取修正軸參數設定流程如圖12所示

圖11 A2伺服控制器同步抓取修正軸原理框圖


圖 12 同步抓取修正軸參數設定流程

HMI建立飛剪曲線功能

ASD-A2伺服控制器飛剪曲線的建立,除了利用PC軟體所提供的ECAM EDITER建立外,還提供更加便捷的曲線建立方式,即HMI飛剪曲線建立功能。其HMI規劃如圖,用戶只需在裝機時將設備機械結構參數輸入HMI,通過HMI宏指令便可控制伺服控制器實現飛剪曲線的建立,如需生產規格變更,用戶只需輸入裁切長度,飛剪曲線便可自動變更。

遮沒功能

A2伺服控制器內建色標遮沒功能,可有效避免包裝膜污染,色標錯印所引起的光電誤動作,增加了整個系統的穩定性。如圖13所示;P5-78為裁切長度的脈沖設定值,P5-96為遮沒區脈沖長度,此功能設定后,在遮沒區域內,即使色標誤動作,也不會影響到整個系統的性能。

圖13 A2伺服控制器遮沒功能原理

臺達A2高性能伺服控制器解決方案的效果

該套高速枕式包裝機系統為全電氣設計,徹底解決了原有設備機械凸輪長期磨損造成的裁切效果變差,調整復雜的弊病,不僅簡化了設備的機械結構,節省了機械的保養成本,使得調機變得更簡單。同時改進后的全電氣系統,設備穩定性也大大提高。其主要有點如下:

①     包裝精度大大提高,裁切精度可達到0.5mm

②     在系統為4把刀時,達到1200包/分;

③ 糖位和切斷的機械結構不再需要,使機械結構簡單

④ 電子凸輪替代機械凸輪,易于調機和維修,同時減少工作噪音;

⑤ 運動控制具有伺服內部程序完成,大大簡化了上位機的控制難度和成本

⑥ 橫封飛剪凸輪曲線的建立,無需PC軟件,通過HMI即可完成曲線的建立

圖14  實際生產中的飛剪軸速度曲線

    結語

基于臺達ASD-A2高性能伺服控制器的系統設計,伺服控制器內建電子凸輪,同步飛剪,高速同步色標抓取修正軸,以及伺服pr參數寫入功能。此系統PLC僅起到I/O控制功能,其它的復雜運動控制運算功能均由伺服完成,大大節省了與上位機的溝通時間,為實現高速包裝要求起到了關鍵的作用。

    飛剪、電子凸輪、高速、實時糾偏等功能,是目前很多OEM機械尤其是包裝機械行業的高端機型提出的需求,在實現這些功能的同時,能夠將原先的生產效率提高2~3倍甚至更多,在不久的將來會成為主流趨勢。

    臺達A2高性能伺服控制器在三伺服高速枕式糖果包機中的成功應用,說明臺達在高速包裝機行業已經有了很好的應對產品以及系統解決方案。


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