1 前言
立式包裝機(jī)設(shè)備主要用于加工塑料包裝袋及各種規(guī)格的生活塑料袋，早期的設(shè)備采取的是剎車離合器等控制機(jī)構(gòu)，后來改進(jìn)為步進(jìn)系統(tǒng)控制裝置，現(xiàn)在又發(fā)展成為PLC及伺服電機(jī)加變頻調(diào)速為主的控制機(jī)構(gòu)，目前，伺服控制已成為行業(yè)的應(yīng)用趨勢。
深圳市雷賽機(jī)電技術(shù)開發(fā)有限公司針對國內(nèi)立式包裝機(jī)現(xiàn)狀推出了伺服控制解決方案，在國內(nèi)某包裝機(jī)設(shè)備公司得到成功應(yīng)用并廣泛推廣。該方案采用了雷賽ACS806全數(shù)字化交流同步伺服驅(qū)動(dòng)器、ACM交流永磁同步伺服電機(jī)，配合客戶端的觸摸屏、PLC、變頻器、變頻電機(jī)等元器件，構(gòu)成一整套完整的伺服解決方案。
圖1 立式包裝機(jī)設(shè)備圖及包裝袋樣品圖
根據(jù)設(shè)備工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速的雷賽ACM602V36伺服電機(jī)作為主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證了包裝制袋機(jī)在頻繁啟停時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性，使伺服電機(jī)的一次送料轉(zhuǎn)速能夠滿足切刀上下運(yùn)行的時(shí)間要求，同時(shí)簡化了機(jī)械機(jī)構(gòu)，解決了原機(jī)械設(shè)備效率低、定位精度低、能耗大、自動(dòng)化水平低、浪費(fèi)材料等缺點(diǎn)。
2 控制原理
圖2為包裝機(jī)設(shè)備電氣原理圖，整個(gè)設(shè)備工藝過程主要分為抬刀、定位、封切三個(gè)部分，整個(gè)工藝過程由熱封切刀、伺服裝置、變頻裝置、牽引皮輥、承切皮輥聯(lián)動(dòng)完成。
圖2 設(shè)備電氣原理圖
熱封切刀安裝在傳動(dòng)軸上，該軸由變頻裝置驅(qū)動(dòng)，做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；伺服裝置驅(qū)動(dòng)牽引皮輥，按照一定的速度，保證熱封切刀在離開承切皮輥并再次到達(dá)承切皮輥之前，將所設(shè)定長度的塑料袋送過切刀；隨后，熱封切刀到達(dá)承切皮輥，將塑料袋封口，并切開。
? 人機(jī)界面：觸摸屏，界面上可設(shè)置定長封切或色標(biāo)封切、切袋長度、送袋速度等，當(dāng)選擇為定長封切時(shí)，色標(biāo)封切無效。
? PLC：核心程序的載體，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)比、伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比、伺服電機(jī)編碼器的線數(shù)以及出料輥的周長，PLC程序計(jì)算出伺服驅(qū)動(dòng)器接收一定數(shù)量的脈沖，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)出料輥轉(zhuǎn)動(dòng)，帶出一定長度的膠袋，實(shí)現(xiàn)定長控制。
? 色標(biāo)傳感器：到位信號，負(fù)責(zé)時(shí)間的判斷與控制信號的發(fā)出。
? 主變頻裝置：負(fù)責(zé)熱封刀的連續(xù)上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制出袋速度與效率。
? 伺服驅(qū)動(dòng)裝置，由驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)構(gòu)成，作為主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要任務(wù)是完成定位精度的控制，嚴(yán)格執(zhí)行來自PLC的脈沖指令控制，同時(shí)，保證在頻繁啟動(dòng)負(fù)載下自身運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與快速響應(yīng)性，使伺服電機(jī)的一次送料轉(zhuǎn)速滿足切刀上下運(yùn)行的時(shí)間要求。伺服性能直接反映了這臺(tái)設(shè)備的整機(jī)性能與質(zhì)量。
3 工作流程
包裝機(jī)設(shè)備的工作流程如下：
1）設(shè)備上電，溫控器控制封刀處加熱器進(jìn)行加熱；
2）送料變頻器驅(qū)動(dòng)送料電機(jī)以設(shè)定的速度輸送塑料薄膜，送料感應(yīng)器檢測到送料端放卷的塑料薄膜足夠時(shí)，送料電機(jī)停止送料；
3）溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值，溫控信號導(dǎo)通，主變頻器驅(qū)動(dòng)主電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)裝置控制切刀和封刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
4）切刀每向上運(yùn)動(dòng)一次，伺服信號導(dǎo)通一次，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)出料輥夾著塑料薄膜帶轉(zhuǎn)動(dòng)一次，切刀和封刀下切，膠袋形成 ；
5）設(shè)定個(gè)數(shù)到達(dá)或按停止鍵時(shí)，當(dāng)前膠袋形成后停機(jī)，切刀和封刀停在高位停車處。
4 伺服系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)
本機(jī)采用雷賽ACS806伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)單元采用美國TI公司DSP芯片、大規(guī)?？删幊涕T陣列（CPLD）和智能化功率模塊（IPM），集成度高、可靠性好。驅(qū)動(dòng)單元具備標(biāo)準(zhǔn)位置控制，可接收脈沖信號，同時(shí)具備了主電源過壓欠壓、過流、過載、編碼器異常、位置超差等多項(xiàng)在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。
伺服電機(jī)為雷賽ACM602V36三相永磁同步伺服電機(jī)，寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn)矩輸出，三倍過載能力，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，配置2500線編碼器。
本機(jī)只需使用一套伺服系統(tǒng)就能完成其主要功能，圖3為該包裝機(jī)伺服配置。
4.1 包裝機(jī)系統(tǒng)預(yù)估值
該包裝機(jī)設(shè)備基本參數(shù)如下：
輥軸直徑：36mm ；袋長精度：小于0.5mm；機(jī)械減速比：1：4
根據(jù)以上信息，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)分辨率：
（1）電機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)估：
此機(jī)送料輥直徑r=36mm，圓周長為L=2πr=3.14x36=113mm，若以500mm長的袋子為例，則一次制袋成型送料輥需轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為：n總=500/L=500/113=4.42圈，若每分鐘制袋120個(gè)，則每分鐘送料輥需轉(zhuǎn)動(dòng)：n輥=120 x n總=120x4.42=531rpm，同時(shí)，送料輥與伺服電機(jī)存在1:4的減速比，故zui終伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n電機(jī)=4 x n總=4x531=2124rpm（1）
（2）系統(tǒng)分辨率預(yù)估：
伺服編碼器為2500 ppr，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器四倍頻后，精度為10000ppr,則伺服電機(jī)的精度可等效為δ電機(jī)=360°/10000=0.036°；又電機(jī)輸出到出料輥有4:1的減速比，則出料輥實(shí)際檢測精度為：δ輥=δ電機(jī)/4=0.009°，對應(yīng)的長度分辨精度為： σ輥=L x （δ輥/360°）=113x0.000025=0.002825mm （2）
故其預(yù)估偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)精度設(shè)置值0.5mm。
4.2 包裝機(jī)實(shí)際調(diào)試數(shù)據(jù)
現(xiàn)場調(diào)試，客戶端參數(shù)如表1所示：
雷賽伺服驅(qū)動(dòng)器基本設(shè)置如圖4所示：
圖4 雷賽伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)配置圖
監(jiān)測實(shí)際制袋過程（見圖5），數(shù)據(jù)表明，工作時(shí)電機(jī)電流4.2A，速度1800rpm，精度控制在0.05mm以內(nèi)，達(dá)到客戶要求。
圖5 雷賽伺服驅(qū)動(dòng)器在線監(jiān)測圖
以200mm長膠袋為例，雷賽伺服與某品牌步進(jìn)電機(jī)的性能比較如下：
表2 雷賽伺服與某品牌步進(jìn)的對比測試數(shù)據(jù)表
表2數(shù)據(jù)表明，伺服從效率上比步進(jìn)高出約50%，且運(yùn)行平穩(wěn)、精度高。
5 結(jié)語
該立式包裝機(jī)是在傳統(tǒng)老式設(shè)備的基礎(chǔ)上運(yùn)用雷賽全數(shù)字化ACS系列交流伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有提率、降低能耗、提高成品率、改善封切精度、調(diào)試方便快捷、運(yùn)行過程平穩(wěn)、簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，具有更高的技術(shù)含量和更優(yōu)良的性價(jià)比，能為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益
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