一.前言
　　大連安迪數(shù)控技術(shù)有限公司針對國內(nèi)熱封切制袋機(jī)現(xiàn)狀推出了專用伺服控制解決方案,，在國內(nèi)某公司制袋機(jī)設(shè)備成功應(yīng)用并得到了廣泛推廣,，該方案采用了ADSD-S交流同步伺服驅(qū)動器、ADSM-S交流永磁同步伺服電機(jī),、觸摸屏,、PLC、變頻器,、變頻電機(jī)等主要元器件;根據(jù)設(shè)備工藝要求選擇了低慣量高轉(zhuǎn)速的ADSM-S伺服電機(jī)作為主要運(yùn)動機(jī)構(gòu),，保證了封切制袋機(jī)在頻繁啟動負(fù)載下自身運(yùn)動的平穩(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)行的時間要求,。同時簡化了機(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,、自動化水平低,、浪費(fèi)材料等缺點(diǎn)。


圖1　熱封切機(jī)設(shè)備圖

二.控制原理
　　整個設(shè)備生產(chǎn)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(fù)運(yùn)動由變頻器驅(qū)動變頻電機(jī)控制,，袋長定位由伺服驅(qū)動器控制伺服電機(jī)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(guān),，做為測控元器件，負(fù)責(zé)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(guān)系,。PLC做為核心程序的載體，負(fù)責(zé)脈沖信號的發(fā)送及各種控制信號的轉(zhuǎn)化與傳遞,，最終控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào),。觸摸屏作為人機(jī)界面，用于參數(shù)設(shè)置及整臺機(jī)器運(yùn)行狀況監(jiān)控,，通過觸摸屏可以調(diào)整袋長,、清零、復(fù)位,、點(diǎn)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(jī)的控制原理框圖：


圖2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(diào)整溫度儀,，使封刀的溫度達(dá)到熱封的需要（封刀的溫度，應(yīng)根據(jù)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速高低進(jìn)行設(shè)定,，以膠袋封口處結(jié)實(shí)耐拉為準(zhǔn),。封刀溫度偏低，會導(dǎo)致膠袋封口處不牢,。若封刀溫度偏高,，會導(dǎo)致膠袋封口處燙穿，因此,，應(yīng)根據(jù)主電機(jī)轉(zhuǎn)速及封口時間長短進(jìn)行調(diào)節(jié)）;進(jìn)入手動調(diào)節(jié)模式,，檢查機(jī)械部分，伺服系統(tǒng),，變頻器等是否可以正常工作,，調(diào)節(jié)色標(biāo)光電眼，使其能夠感應(yīng)色標(biāo)變化,。
　　2.制作袋子
　　點(diǎn)擊觸摸屏自動運(yùn)行按鈕,，主變頻電機(jī)（1.5KW）工作，通過機(jī)械連桿帶動封刀和切刀上下往復(fù)運(yùn)動,，切刀每向上運(yùn)動一次,，伺服信號就導(dǎo)通一次，由PLC發(fā)送脈沖控制伺服電機(jī)（1kw）運(yùn)轉(zhuǎn),，脈沖的個數(shù)決定了伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù),，脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)通過同步帶帶動送料輥送料,，伺服電機(jī)必須在切刀下降到承切皮輥之前完成定位,，當(dāng)切刀和封刀下切后，膠袋形成,，當(dāng)切袋個數(shù)到達(dá)預(yù)設(shè)個數(shù)或按下急停按鈕時,，在生產(chǎn)完當(dāng)前膠袋后停機(jī)，切刀和封刀停在高位停車處,。
　　制袋機(jī)一般具有兩種封切方式：空白袋定長封切和尋標(biāo)封切,，當(dāng)選擇空白袋定長封切時色標(biāo)光電眼不起作用，PLC程序根據(jù)切袋長度,、機(jī)械傳動比,、伺服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電機(jī)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(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)帶動送料輥轉(zhuǎn)動送出一定長度的膠袋，從而實(shí)現(xiàn)白袋定長封切;當(dāng)選擇尋標(biāo)封切時,，其過程如下,，伺服啟動信號導(dǎo)通，伺服電機(jī)按照PLC程序預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動曲線進(jìn)行加速運(yùn)動,、恒速運(yùn)動,、減速運(yùn)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(jī),。一般追色長度為10mm,，并且要求追色信號只能在追色范圍內(nèi)起作用，其它范圍內(nèi)需屏蔽掉其干擾信號,。追色封切調(diào)試時,，在人機(jī)界面上設(shè)定好伺服電機(jī)的恒速速度，先將加速時間,、減速時間設(shè)長,，再調(diào)低速追色速度,，盡可能提高低速追色速度，以追色平穩(wěn),、準(zhǔn)確為準(zhǔn),。調(diào)整好追色速度后，再調(diào)加速時間,、減速時間,，盡可能調(diào)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(zhǔn),。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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),，并驅(qū)動報警器報警。同時PLC程序?qū)ε坑洈?shù),，當(dāng)批量達(dá)到預(yù)警值時,，PLC驅(qū)動報警器報警提示。


圖3 尋標(biāo)速度曲線圖

四.伺服系統(tǒng)簡介
　　本機(jī)采用的伺服系統(tǒng)為大連安迪數(shù)控技術(shù)有限公司的ADSD-S系列,，驅(qū)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(biāo)定相同功率的其它國內(nèi)伺服產(chǎn)品要大一個等級,，因而具有過載能力強(qiáng),、抗負(fù)載擾動能力強(qiáng)、起動力矩大,、動態(tài)相應(yīng)速度高等特點(diǎn);支持多種通訊方式,，標(biāo)準(zhǔn)全隔離RS485通訊模塊,RS422/RS485,CAN bus或Profibus可選;驅(qū)動器將位置控制、速度控制,、轉(zhuǎn)矩控制這三種控制方式合為一體,，并且可以進(jìn)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(hù),、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duoz保護(hù)及異常顯示,，使控制過程一目了然。電機(jī)為三相永磁同步伺服電機(jī)，具有三倍過載能力,，3000RPM的額定轉(zhuǎn)速,，2500線的編碼器分辨率。
　　機(jī)械參數(shù)：
　　機(jī)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(jī)編碼器脈沖數(shù)為2500P/R,，通過四倍頻轉(zhuǎn)換后,，分辨精度達(dá)到10000p/r,即v伺=360°/10000=0.036°,，電機(jī)輸出到送料輥有3:1的減速比，實(shí)際檢測精度達(dá)到：
　　v輥=360°/（10000×3）=0.012°
　　對應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.5mm,，引起定位誤差較大的真正原因是由于伺服電機(jī)起停不夠平滑,，停車時抖動，故要根據(jù)伺服電機(jī)的起停速度調(diào)整合適的速度環(huán),、位置環(huán)增益與加減速時間,，調(diào)試過程如下：
　　a）將位置環(huán)增益即先設(shè)在較低值，然后在不產(chǎn)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(yīng)無超調(diào),、無振動的前提下，將位置環(huán)增益設(shè)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(jī)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(jìn)行微調(diào)，找到最佳值,。
　　e）適當(dāng)調(diào)整位置指令一次濾波時間常數(shù),。
　　調(diào)試參數(shù)如下：


五. 總結(jié)
　　該熱封切制袋機(jī)是在傳統(tǒng)老式設(shè)備的基礎(chǔ)上運(yùn)用安迪伺服控制系統(tǒng)改造而成，具有提高效率;降低能耗;提成品率;提高封切精度;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)良的性價比,，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。