臺(tái)達(dá)驅(qū)動(dòng)器在各行各業(yè)的應(yīng)用案例

1、臺(tái)達(dá)智能型A2伺服在高速枕式糖果包裝機(jī)的應(yīng)用臺(tái)達(dá)工業(yè)自動(dòng)化 應(yīng)用技術(shù)中心 王江濤摘要：本文介紹了臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品在高速枕式包裝機(jī)中的系統(tǒng)解決方案，尤其是臺(tái)達(dá)ASD-A2智能型伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)建的電子凸輪，高速脈沖抓取、比較，以及參數(shù)自行寫(xiě)入功能的在系統(tǒng)方案中的應(yīng)用，以及電子凸輪曲線的設(shè)計(jì)規(guī)劃。臺(tái)達(dá)A2智能型伺服在枕式包裝機(jī)的應(yīng)用，使得國(guó)內(nèi)糖果包裝機(jī)的速度得到了很大的提升，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)每分鐘1200包的速度，這一成功應(yīng)用證明臺(tái)達(dá)在包裝業(yè)已有了成熟的解決方案，同時(shí)也說(shuō)明國(guó)內(nèi)糖果包裝技術(shù)跨入了一個(gè)更高的水平。關(guān)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(jī)是一種臥式三面

2、封口，自動(dòng)完成制袋、填充、封口、切斷、成品排除等工序的包裝設(shè)備，實(shí)際應(yīng)用中，與相應(yīng)衍生機(jī)種、輔助機(jī)種相配合，能實(shí)現(xiàn)食品、日用化工、醫(yī)藥等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的流水包裝。枕式糖果包裝機(jī)主要用于圓形或方形奶糖的包裝。傳統(tǒng)的枕式包裝機(jī)橫封刀的運(yùn)動(dòng)曲線是由機(jī)械的凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械加工、安裝復(fù)雜，運(yùn)行噪音大，效率低；由于機(jī)械的局限性，其包裝速度僅能達(dá)到600顆/分鐘，隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，以及人力成本的增加，包裝設(shè)備自動(dòng)化程度以及包裝速度要求越來(lái)越高。要實(shí)現(xiàn)高速包裝，整個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)和處理速度要求更加苛刻，傳統(tǒng)的控制器已經(jīng)難以滿足要求，以往包裝裁切所使用繼續(xù)誒凸輪必須采用伺服的電子凸輪來(lái)替換。臺(tái)達(dá)A2高

3、性能智能伺服控制器除內(nèi)建電子凸輪功能外，32為高速DSP處理核心，內(nèi)建高速脈沖抓取、比較，高速運(yùn)動(dòng)控制功能，完全可以實(shí)現(xiàn)包裝設(shè)備高速的工藝要求。針對(duì)包裝行業(yè)所專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的飛剪電子凸輪模型，同步抓取修正軸功能內(nèi)嵌于A2伺服控制器內(nèi)。功能齊全，編輯簡(jiǎn)單的伺服編輯軟件ASD-A2 SOFT,人性化的接口設(shè)計(jì)，得心應(yīng)手的快捷菜單，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃輕而易舉，隨手可得，大大減少了調(diào)機(jī)時(shí)間。設(shè)備原理糖果經(jīng)圓形盤(pán)整理后，進(jìn)入直線鏈鉤機(jī)構(gòu)，被鏈鉤送進(jìn)包裝膜內(nèi)，然后進(jìn)行縱封和橫封包裝，以完成成品裁切。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示理糖機(jī)構(gòu)放大圖圖 1 三伺服枕式糖果包裝機(jī)工藝流程枕式包裝機(jī)的送膜作為系統(tǒng)主軸。切刀和送料跟

4、隨主軸運(yùn)作，送料和橫切伺服控制器直接抓取膜位色標(biāo)信號(hào)進(jìn)行位置檢測(cè)，以確定送料和的位置，薄膜經(jīng)成型器成型后變?yōu)橥材?，并進(jìn)行縱向熱封，同時(shí)物料被送進(jìn)筒膜內(nèi)，一起向前經(jīng)過(guò)橫封橫切部位，由回轉(zhuǎn)式的橫封橫切刀對(duì)筒膜進(jìn)行橫向封切，輸出包裝成品，具體工藝流程圖和工藝結(jié)構(gòu)圖分別參照?qǐng)D2、圖3送膜送料成型填充縱向封口電子凸輪橫封裁切成品光電跟蹤同步修正同步修正圖 2.工藝流程圖理糖盤(pán)色標(biāo)包裝膜色標(biāo)光電橫封飛剪軸成品送膜軸包裝物送料軸 圖 3.工藝結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)配置此系統(tǒng)包括PLC,HMI，伺服以及溫度控制模塊，由于臺(tái)達(dá)ASDA-A2伺服控制器內(nèi)含電子凸輪功能，三臺(tái)伺服即可完成送膜，送料以及裁切工藝，PLC只需做I/

5、O控制，大大節(jié)省了上位機(jī)的昂貴成本，程序的規(guī)劃也更加簡(jiǎn)單，臺(tái)達(dá)解決方案之系統(tǒng)電氣控制如圖4所示，詳細(xì)配置如表1所示；·5圖 4.臺(tái)達(dá)系統(tǒng)電氣控制圖表1 高速枕式糖果包裝機(jī)電控配置名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量用途伺服驅(qū)動(dòng)器ASD-A2-1523-B1 pcs包裝膜牽引ASD-A2-1521-B1 pcs糖果送入ASD-A2-2022-B1 pcs橫封裁切PLCDVP-14SS1 pcs主控制器溫控器DTC10003 pcs縱封，橫封加熱系統(tǒng)控制原理臺(tái)達(dá)系統(tǒng)解決方案，為了滿足高速的要求，送膜、送料鏈鉤、切刀三個(gè)軸均使用伺服控制，三軸之間的運(yùn)動(dòng)控制依據(jù)凸輪主從關(guān)系完成，整個(gè)系統(tǒng)控制方案如圖5所示1.送膜軸

6、(軸3) 此軸采用速度控制，作為整個(gè)系統(tǒng)的主軸。下達(dá)脈沖命令給切刀軸和送料軸，指揮凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)。2.切刀軸(軸2)以PR模式(內(nèi)部位置控制模式)內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運(yùn)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)切刀軸伺服控制器檢測(cè)到色標(biāo)光電S1信號(hào)，凸輪啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，伺服控制器會(huì)抓取S1的信號(hào)，利用內(nèi)建的同步抓取修正軸(色標(biāo)補(bǔ)償功能)，調(diào)節(jié)凸輪速度，保證精準(zhǔn)的裁切位置。3.送料軸(軸1)以PR模式(內(nèi)部位置控制模式)內(nèi)建的電子凸輪跟隨主軸運(yùn)行，脈沖來(lái)源為送膜主軸的OA,/OA;OB,/OB，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)光電S1,則依據(jù)規(guī)劃好的凸輪曲線跟隨主軸

7、運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)時(shí)抓取S1信號(hào)，利用內(nèi)建同步抓取修正軸進(jìn)行糖位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖 5.臺(tái)達(dá)系統(tǒng)控制方案系統(tǒng)電子凸輪規(guī)劃設(shè)計(jì)Delta ASD-A2伺服內(nèi)建PR(內(nèi)部位置控制模式)模式，PR模式下，內(nèi)建64段定位程序，不僅可以實(shí)現(xiàn)原點(diǎn)復(fù)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(shù)寫(xiě)入，定位程序段之間的跳躍和調(diào)用，同時(shí)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(diǎn)復(fù)歸無(wú)需上位機(jī)的參與，即可完成，其主要pr規(guī)劃如下寫(xiě)參數(shù)P5-39=0X0020PR#2AUTOINT寫(xiě)參數(shù)P5-88=0X0251PR#3AUTOINT寫(xiě)參數(shù)P5-97=1PR#

8、4AUTOSTOP原點(diǎn)復(fù)歸P6-01=偏移回拉量PR#0AUTO定位(ABS)P6-03=0PR#1AUTO參數(shù)說(shuō)明：P5-39=0X0020:CAP軸命令來(lái)源：pulse cmdP5-88=0X0251:凸輪軸主軸來(lái)源：同步抓取修正軸 嚙合時(shí)機(jī)：CAP軸任意一點(diǎn)動(dòng)作 脫離時(shí)機(jī)：不脫離P5-97=1：開(kāi)啟宏指令，即同步軸啟用橫封切斷軸飛剪曲線設(shè)計(jì)Delta ASDA-A2伺服控制器內(nèi)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行，利用ASD-A2 PC soft所提供的E-CAM EDITOR功能，調(diào)試著只需將機(jī)械參數(shù)輸入下圖紅色方框內(nèi)的對(duì)應(yīng)位置， ASDA-A2 PC s

9、oft將會(huì)自動(dòng)生成飛剪曲線?？紤]到不同包裝膜的熱封難易程度，在裁切區(qū)設(shè)立同步區(qū)。同步區(qū)為50°，如圖7所示 圖 6飛剪電子凸輪模型 圖7 臺(tái)達(dá)ASD-A2飛剪凸輪編輯界面飛剪同步區(qū)圖8 ASD-A2軟體產(chǎn)生的飛剪裁切電子凸輪速度曲線鏈鉤軸電子凸輪曲線設(shè)計(jì)鏈鉤軸用途在于將糖果送入包裝膜內(nèi)，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(dòng)軸，跟隨送膜軸進(jìn)行同步運(yùn)轉(zhuǎn)。即送膜軸每送出一個(gè)包裝長(zhǎng)度的脈沖，鏈鉤運(yùn)行一個(gè)鏈鉤的鉤距，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，鏈鉤軸馬達(dá)轉(zhuǎn)一圈，鏈鉤走一個(gè)鏈距，而伺服一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)脈沖為100000puu,所以360°的位置脈沖為100000puu。在規(guī)劃曲線時(shí)，利用D

10、elta ASDA-A2 PC soft所提供的manual create 功能，建立位置的函數(shù)表格，如圖9所示；ASDA-A2 PC soft便會(huì)依據(jù)三次曲線自動(dòng)規(guī)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(dòng)建立的鏈鉤電子凸輪曲線高速枕式糖果包裝機(jī)伺服色標(biāo)補(bǔ)償功能A2伺服控制器內(nèi)建同步抓取修正軸功能（即傳統(tǒng)的色標(biāo)自動(dòng)補(bǔ)償功能），伺服控制器利用內(nèi)建的高速脈沖抓取功能，通過(guò)色標(biāo)光電抓取主動(dòng)軸兩次色標(biāo)間的脈沖數(shù)目，與伺服控制器內(nèi)部用戶所設(shè)定的理論裁切量（P5-78的設(shè)定值）通過(guò)compare功能做比較，根據(jù)同步修正的修正率（P5-80）對(duì)兩者之間的誤差

11、值（P5-79）做修正，伺服控制器最終依據(jù)修正后的脈沖命令（P5-77）運(yùn)行。其修正原理如圖11所示，生產(chǎn)規(guī)格(膜長(zhǎng))更換調(diào)機(jī)時(shí)，只需將裁切偏差量通過(guò)HMI給伺服控制器，23刀之后，便可獲得精準(zhǔn)的裁切精度，大大減少了試車(chē)過(guò)程中的包裝膜浪費(fèi)。ASD-A2的同步抓取修正軸參數(shù)設(shè)定流程如圖12所示CAP高速脈沖抓取主動(dòng)軸脈沖P5-37A2自動(dòng)色標(biāo)補(bǔ)償功能塊同步修正功能P5-80 同步修率設(shè)定P5-79 累計(jì)誤差，實(shí)際輸出與 設(shè)定量間所累積的誤差P5-78 設(shè)定裁切量凸輪軸命令脈沖數(shù)修正后脈沖P5-77圖11 A2伺服控制器同步抓取修正軸原理框圖同步抓取修正軸相關(guān)參數(shù)P5-78:裁切長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)主軸脈沖量

12、P5-80:同步修正率P5-96=0.8*(P5-78)相關(guān)參數(shù)-CAPTURE參數(shù)P5-39:X=0P5-39:Y=1或2P5-39:Z=NO或NCP5-39:U=0P5-36:CMP數(shù)據(jù)數(shù)組起始位置 確定未被使用相關(guān)參數(shù)-COMPARE參數(shù)P5-56:CMP數(shù)據(jù)數(shù)組起始位置確定未被使用凸輪啟動(dòng)設(shè)訂P5-88:X=0 P5-88:Y=5 主軸來(lái)源為同步軸P5-88:Z=2 CAP嚙合回原點(diǎn)凸輪啟動(dòng)P5-88:X=0同步抓取修正軸開(kāi)啟P5-97=1CAP&CMP同時(shí)開(kāi)啟圖 12 同步抓取修正軸參數(shù)設(shè)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

13、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(guī)劃如圖，用戶只需在裝機(jī)時(shí)將設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入HMI，通過(guò)HMI宏指令便可控制伺服控制器實(shí)現(xiàn)飛剪曲線的建立，如需生產(chǎn)規(guī)格變更，用戶只需輸入裁切長(zhǎng)度，飛剪曲線便可自動(dòng)變更。 “按鈕ON宏”#dim float $116 as L2; $118 as r; $130 as L;# P5-78=059C;p5-84=05A8 P5-88=05B2# p5-89=05B2 p5-96=05C0 p5-97=05C2 BITOFF $7000.0#-#P5-84=r*L/l2-$300 = FMUL($M1

14、18, $M130) (Signed DW)$302 =FDIV($300, $M116) (Signed DW)$304 = ICNV($302) (Signed DW)$306 = FMUL(0.8, $302) (Signed DW)$308 = ICNV($306) (Signed DW)#5-97(05C2)(6SERVO-05C2) = 0 (DW) (6SERVO-05BC) = $M150 (DW)(6SERVO-05BE) = $M160 (DW)(6SERVO-05C0) = $M170 (DW)#-(6SERVO-05C2) = 6H (DW) $380 = (6SERV

15、O-05C2) (DW)IF $380 = 1006H (DW)BITOFF $7000.0(6SERVO-05A8) = $304 (DW)(6SERVO-059C) = $304 (DW)(6SERVO-05B2) = $304 (DW)(6SERVO-05C0) = $308 (DW)(6SERVO-05C2) = 1 (DW) ELSE#報(bào)錯(cuò):曲線建立失敗BITON $7000.0endif“畫(huà)面cycle宏”#切長(zhǎng)#$M180 = (1PLC_D9910)$M130 = FCNV($M180) (Signed DW)#-P5-94計(jì)算-($150)-$M150 = FMUL($M10

16、2, $M106) (Signed DW)$M150 = ICNV($M150) (Signed DW)#-P5-95計(jì)算-($160)-$M160 = ICNV($M104) (Signed DW)#-L1 $110-$M110= FMUL($M108 , 3.1416)(Signed DW)#-L2 $116-$M116= FMUL($M114 , 3.1416)(Signed DW)#-V S124 -$M124 = FADD($M122, 100.0) (Signed DW)$M124 = FDIV($M124, 100.0) (Signed DW)#-p5-96計(jì)算$170-1000

17、000*V*L*C/l1-$M170 = FMUL(1000000,$M124)(Signed DW)$M170= FMUL($M170,$M130) (SIGNED DW)$M170= FMUL($M170,$M106)( signed dw)$M170= FDIV ($M170,$M110)( SIGNED DW)$M170 = ICNV($M170) (Signed DW)#切長(zhǎng)上限制# dim float $130 as L,$132 切刀最小值，$134 切刀最大值$M132 = FMUL($M110, 0.3) (Signed DW)$M132 = FDIV($M132, $M10

18、6) (Signed DW)#切長(zhǎng)下限制$M134 = FMUL($M110, 2.5) (Signed DW)$M134 = FDIV($M134, $M106) (Signed DW)遮沒(méi)功能A2伺服控制器內(nèi)建色標(biāo)遮沒(méi)功能，可有效避免包裝膜污染，色標(biāo)錯(cuò)印所引起的光電誤動(dòng)作，增加了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖13所示；P5-78為裁切長(zhǎng)度的脈沖設(shè)定值，P5-96為遮沒(méi)區(qū)脈沖長(zhǎng)度，此功能設(shè)定后，在遮沒(méi)區(qū)域內(nèi)，即使色標(biāo)誤動(dòng)作，也不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。此區(qū)域內(nèi)光電不動(dòng)作圖13 A2伺服控制器遮沒(méi)功能原理臺(tái)達(dá)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(jī)系統(tǒng)為全電氣設(shè)計(jì)，徹底解決了原有設(shè)備機(jī)械凸輪長(zhǎng)期磨損造成的裁切效果變差，調(diào)整復(fù)雜的弊病，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，節(jié)省了機(jī)械的保養(yǎng)成本，使得調(diào)機(jī)變得更簡(jiǎn)單。同時(shí)改進(jìn)后的全電氣系統(tǒng)，設(shè)備穩(wěn)定性也大大提高。其主要有點(diǎn)如下： 包裝精度大大提高，裁切精度可達(dá)到0.5mm 在系統(tǒng)為4把刀時(shí)，達(dá)到1200包/分； 糖位和切斷的機(jī)械結(jié)構(gòu)不再需要，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 電子凸輪替代機(jī)械凸輪，易于調(diào)機(jī)和維修，同時(shí)減少工作噪音； 運(yùn)動(dòng)控制具有伺服內(nèi)部程序完成，大大簡(jiǎn)化了上位機(jī)的控制難度和成本 橫封飛剪凸輪曲線的建立，無(wú)需PC軟件，通過(guò)HMI即可完成曲線的建立圖14 實(shí)際生產(chǎn)中的飛剪軸速度曲