力川B系列交流伺服系統(tǒng)在熱封切制袋機上的應用
一.前言
力川公司針對國內熱封切制袋機現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案，在國內制袋機設備行業(yè)成功應用，該方案采用了力川B系列交流同步伺服驅動器、130EMA系列交流永磁同步伺服電機、觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機等主要元器件；根據(jù)設備工藝要求選擇了中慣量高轉速的130EMA系列伺服電機作為主要運動機構，保證了封切制袋機在頻繁啟動負載下自身運動的平穩(wěn)性與快速響應性，使伺服電機的一次送料轉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，解決了原機械設備效率低、定位精度低、能耗大、自動化水平低、浪費材料等缺點。
二.控制原理
整個設備生產工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個部分。熱封刀與切刀的上下往復運動由變頻器驅動變頻電機控制，袋長定位由伺服驅動器控制伺服電機帶動送料輥控制，另外光電傳感器（又稱光電眼）、溫控器、接近開關，做為測控元器件，負責時間的判斷與控制信號的發(fā)出，使執(zhí)行器件之間確立時序關系。PLC做為核心程序的載體，負責脈沖信號的發(fā)送及各種控制信號的轉化與傳遞，最終控制各執(zhí)行機構的運轉與協(xié)調。觸摸屏作為人機界面，用于參數(shù)設置及整臺機器運行狀況監(jiān)控，通過觸摸屏可以調整袋長、清零、復位、點動等操作；還可以顯示袋長數(shù)值和被加工袋的累計數(shù)量等。
下圖為熱封切機的控制原理框圖：
三.工作流程
１.系統(tǒng)上電
程序初始化，輸入袋長數(shù)值，調整溫度儀，使封刀的溫度達到熱封的需要（封刀的溫度，應根據(jù)主電機的轉速高低進行設定，以膠袋封口處結實耐拉為準。封刀溫度偏低，會導致膠袋封口處不牢。若封刀溫度偏高，會導致膠袋封口處燙穿，因此，應根據(jù)主電機轉速及封口時間長短進行調節(jié)）；進入手動調節(jié)模式，檢查機械部分，伺服系統(tǒng)，變頻器等是否可以正常工作，調節(jié)色標光電眼，使其能夠感應色標變化。
２.制作袋子
點擊觸摸屏自動運行按鈕，主變頻電機(1.5KW)工作，通過機械連桿帶動封刀和切刀上下往復運動，切刀每向上運動一次，伺服信號就導通一次，由PLC發(fā)送脈沖控制伺服電機(1.5kw)運轉，脈沖的個數(shù)決定了伺服電機轉動的圈數(shù)，脈沖的頻率決定了伺服電機的轉速，伺服電機通過同步帶帶動送料輥送料，伺服電機必須在切刀下降到承切皮輥之前完成定位，當切刀和封刀下切后，膠袋形成，當切袋個數(shù)到達預設個數(shù)或按下急停按鈕時，在生產完當前膠袋后停機，切刀和封刀停在高位停車處。
制袋機一般具有兩種封切方式：空白袋定長封切和尋標封切，當選擇空白袋定長封切時色標光電眼不起作用，PLC程序根據(jù)切袋長度、機械傳動比、伺服驅動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及送料輥的周長，計算出伺服系統(tǒng)定位所需要的脈沖數(shù)，然后由驅動器驅動伺服電機帶動送料輥轉動送出一定長度的膠袋，從而實現(xiàn)白袋定長封切；當選擇尋標封切時，其過程如下，伺服啟動信號導通，伺服電機按照PLC程序預先設定的運動曲線進行加速運動、恒速運動、減速運動、低速追色，如圖3所示，PLC接收到追色信號時，通過中斷方式立即停止伺服電機。一般追色長度為10mm，并且要求追色信號只能在追色范圍內起作用，其它范圍內需屏蔽掉其干擾信號。追色封切調試時，在人機界面上設定好伺服電機的恒速速度，先將加速時間、減速時間設長，再調低速追色速度，盡可能提高低速追色速度，以追色平穩(wěn)、準確為準。調整好追色速度后，再調加速時間、減速時間，盡可能調短加減速時間，以膠袋與出料輥不發(fā)生相對滑動及追色平穩(wěn)為準。PLC程序在追色封切時，對追色信號記數(shù)，連續(xù)三次檢測不到時，PLC停止各電機運轉，并驅動報警器報警。同時PLC程序對批量記數(shù)，當批量達到預警值時，PLC驅動報警器報警提示。
尋標速度曲線圖
四.伺服系統(tǒng)簡介
本機采用的伺服系統(tǒng)，驅動單元采用美國TI公司最新數(shù)字信號處理器DSP為核心，選用三菱公司工業(yè)級智能功率模塊（IPM），而且所選IPM的容量比標定相同功率的其它國內伺服產品要大一個等級，因而具有過載能力強、抗負載擾動能力強、起動力矩大、動態(tài)相應速度高等特點；支持多種通訊方式，標準全隔離RS485通訊模塊,RS422/RS485可選；驅動器將位置控制、速度控制、轉矩控制這三種控制方式合為一體，并且可以進行各控制模式的動態(tài)切換，使用更加靈活柔性；具備過速保護、過流、過載、過熱、主電源過壓欠壓、編碼器異常、通訊錯誤、PID反饋信號異常等保護及異常顯示，使控制過程一目了然。電機為三相永磁同步伺服電機，具有三倍過載能力，2500RPM的額定轉速，2500線的編碼器分辨率。
機械參數(shù)：
機械傳動減速比1：3
膠輥直徑：66mm
精度要求：袋長精度小于0.5mm，伺服電機編碼器脈沖數(shù)為2500P/R，通過四倍頻轉換后，分辨精度達到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°，電機輸出到送料輥有3:1的減速比，實際檢測精度達到：v輥=360°/(10000×3)=0.012°，對應的袋子長度分辯精度為：vl輥=πD×(0.012°/360°)=207.24×0.000033=0.006839mm
故其本身誤差遠遠小于0.5mm，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機起停不夠平滑，停車時抖動，故要根據(jù)伺服電機的起停速度調整合適的速度環(huán)、位置環(huán)增益與加減速時間，調試過程如下：
（a）將位置環(huán)增益即先設在較低值，然后在不產生異常響聲和振動的前提下，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，同時加大位置環(huán)增益。在整個響應無超調、無振動的前提下，將位置環(huán)增益設至最大。
（c）速度環(huán)積分時間常數(shù)取決于定位時間的長短，在機械系統(tǒng)不振動的前提下，盡量減小此值。
（d）隨后對位置環(huán)增益、速度環(huán)增益及積分時間常數(shù)進行微調，找到最佳值。
（e）適當調整位置指令一次濾波時間常數(shù)。
五. 總結
該熱封切制袋機是在傳統(tǒng)老式設備的基礎上運用新力川伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有提高效率；降低能耗；提升成品率；提高封切精度；調試方便快捷；運行過程平穩(wěn)；簡化機械結構等特點，具有更高的技術含量和更優(yōu)良的性價比，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。
