基于PLC和脈沖伺服在枕式包裝機(jī)上的應(yīng)用

1. 概述

　　智能伺服技術(shù)是近年來(lái)新興的一種機(jī)電一體化技術(shù)。它是在傳統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、DSP技術(shù)、PLC技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等多種現(xiàn)代控制技術(shù)而形成。智能伺服產(chǎn)品具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、數(shù)字化等特征，是未來(lái)伺服技術(shù)發(fā)展的方向。

　　　　本文介紹的 iPack2000多軸伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)基于我國(guó)自主研發(fā)的iDrive 智能伺服，以一體化高集成度的智能伺服解決方案，替代傳統(tǒng)的PLC+伺服驅(qū)動(dòng)器的方案。iDrive 智能伺服控制器內(nèi)建電子凸輪和色標(biāo)抓取和補(bǔ)償功能，兼容熱切和冷切工藝，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)雙軸同步，系統(tǒng)響應(yīng)快，同步精度高，電控設(shè)備成本較傳統(tǒng)脈沖伺服方案降低40%。驅(qū)動(dòng)器可以和HMI實(shí)現(xiàn)直連通訊，大大增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性，減少了設(shè)備調(diào)試所需的時(shí)間。

　　2. 基于脈沖的傳統(tǒng)系統(tǒng)和智能伺服系統(tǒng)的比較

　　圖1和圖2顯示了傳統(tǒng)的PLC+伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案以及采用智能伺服控制器的iPack2000系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)對(duì)比。

　　圖1. 基于PLC和脈沖伺服的解決方案

　　圖2. 基于智能伺服的解決方案

　　從圖1和圖2的對(duì)比可以看出，智能伺服的控制方案采用了內(nèi)置控制器替代PLC，在一個(gè)雙軸iDrive智能驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)兩軸(切刀軸和送膜軸)的同步以及電子凸輪關(guān)系，色標(biāo)補(bǔ)償也在同一智能伺服控制器內(nèi)部完成，系統(tǒng)響應(yīng)大大提高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，成本也顯著降低。同時(shí)，由于采用了總線型的結(jié)構(gòu)，采用智能伺服的系統(tǒng)方案更加靈活，可以非常容易地變化為雙軸系統(tǒng)或者四軸乃至多軸系統(tǒng)。

　　3. 內(nèi)置電子凸輪的智能伺服系統(tǒng)的枕式包裝解決方案

　　下面以圖2所示的三軸伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)為例對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行說(shuō)明，該枕式包裝機(jī)橫向封切方式為熱封冷切，即先進(jìn)行熱封，再進(jìn)行橫切。系統(tǒng)也能方便地通過(guò)設(shè)置，兼容常見(jiàn)的熱封熱切工藝。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，橫封橫切刀的運(yùn)行速度保持勻速(以下簡(jiǎn)稱主動(dòng)軸)，送膜軸(以下簡(jiǎn)稱從動(dòng)軸)的速度以凸輪關(guān)系運(yùn)行，并引入色標(biāo)補(bǔ)償。凸輪的功能是并保證在橫封和橫切時(shí)，送膜軸的運(yùn)動(dòng)和橫封刀以及橫切刀的在切割點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)保持嚴(yán)格同步。送料軸以送膜軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度和位置，與之保持嚴(yán)格同步。切刀近點(diǎn)傳感器信號(hào)的引入是應(yīng)某枕式包裝機(jī)制造商的要求而設(shè)置的，目的是為了防止色標(biāo)信號(hào)的誤檢測(cè)。此功能也可以不用引入傳感器信號(hào)，而在系統(tǒng)內(nèi)部以軟件的方式實(shí)現(xiàn)。

　　3.1 工藝流程

　　包裝物經(jīng)過(guò)送料機(jī)構(gòu)被送進(jìn)包裝膜內(nèi)，先完成縱封作業(yè);之后裝物在縱封后的包裝膜內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入橫封橫切工藝，完成進(jìn)行橫封和橫切，最終成為成品。

　　3.2系統(tǒng)框圖

　　如圖3所示系統(tǒng)共有三個(gè)伺服軸，由一臺(tái)雙軸iDrive智能伺服和一臺(tái)單軸智能伺服以RS485總線方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，由雙軸iDrive作為主控制器。雙軸iDrive內(nèi)置的兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)模塊分別用于控制橫封(橫切)刀軸和送膜軸，單軸iDrive控制送料軸。其中從動(dòng)軸(即送膜軸)以設(shè)定的電子凸輪跟隨主動(dòng)軸(橫封橫切軸)運(yùn)動(dòng)，保證橫封橫切的嚴(yán)格同步，同時(shí)從動(dòng)軸根據(jù)由色標(biāo)信號(hào)檢測(cè)得到的位置補(bǔ)償信號(hào)對(duì)從動(dòng)軸進(jìn)行位置補(bǔ)償，送料軸則根據(jù)從動(dòng)軸的實(shí)際位置與之保持完全同步跟隨運(yùn)動(dòng)。I/O信號(hào)中的切刀信號(hào)和色標(biāo)信號(hào)直接連接到雙軸iDrive的I/O接口中。Jog運(yùn)動(dòng)模式的控制信號(hào)也接入雙軸iDrive的I/O口，包括用于調(diào)試的從動(dòng)軸的向前運(yùn)動(dòng)和向后運(yùn)動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方式控制開(kāi)關(guān)。圖4顯示了伺服系統(tǒng)的接口以及主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的分配。

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　　圖3. 控制回路示意圖

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